DE112006003483B4

DE112006003483B4 - Energieversorgungssteuerung und Schwellenwerteinstellverfahren dafür

Info

Publication number: DE112006003483B4
Application number: DE112006003483.9T
Authority: DE
Inventors: Seiji Takahashi; Masayuki Kato; Masahiko Furuichi
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2014-09-04
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP4579292B2; US8270138B2; US20090116161A1; DE112006003483T5; WO2007074828A1; JPWO2007074828A1

Abstract

Verfahren zum Steuern der Energiezufuhr von einer Energiequelle (12) zu einer Last (11), das aufweist: Erfassen eines Laststroms (IL), der durch ein Halbleiterschaltelement (14), das an einer Energieversorgungsleitung von der Energiequelle (12) zu der Last (11) angeordnet ist, fließt, durch ein Stromerfassungselement (18); Bestimmen, ob der Laststrom (IL), der durch das Halbleiterschaltelement (14) fließt, einen ersten Schwellenwert (ILoc) überschreitet, auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals (Is) von dem Stromerfassungselement (18), und Ausgeben eines ersten Abnorm-Stromsignals (OC), wenn der Laststrom (IL) den ersten Schwellenwert (ILoc) überschreitet, durch eine erste Abnorm-Stromerfassungsschaltung (58, 258); Ausschalten des Halbleiterschaltelements (14) während einer ersten Bezugszeit, wenn das erste Abnorm-Stromsignal (OC) von der ersten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (58, 258) ausgegeben wird, und danach Wiederherstellen eines leitenden Zustands des Halbleiterschaltelementes (14); Bestimmen auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals (Is) von dem Stromerfassungselement (18), ob der Laststrom (IL), der durch das Halbleiterschaltelement (14) fließt, einen zweiten Schwellenwert (ILfc) überschreitet, der niedriger als der erste Schwellenwert ist, und Ausgeben eines zweiten Abnorm-Stromsignals (FC), wenn der Laststrom (IL) den zweiten Schwellenwert (ILfc) überschreitet, durch eine zweite Abnorm-Stromerfassungsschaltung (59, 259); und Verringern eines Pegels des ersten Schwellenwertes (ILoc), wenn das zweite Abnorm-Stromsignal (FC) von der zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (59, 259) ausgegeben wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungssteuerung und insbesondere eine Maßnahme gegen einen Einschaltstromstoß.
STAND DER TECHNIK
Eine Energieversorgungssteuerung ist herkömmlicherweise 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 Halbleiterschaltelementes zwischen EIN und AUS zu steuern. Einige derartige Energieversorgungssteuerungen weisen eine Selbstschutzfunktion auf. Die Selbstschutzfunktion schaltet das Halbleiterschaltelement als Reaktion auf ein Auftreten eines Überstromes durch Steuern des Potentials des Steueranschlusses des Halbleiterschaltelementes aus, um das Halbleiterschaltelement zu schützen. Insbesondere ist ein Stromerfassungswiderstand seriell zu einem Stromleitungsanschluss (beispielsweise die Source oder der Drain in dem Fall eines MOSFET) des Halbleiterschaltelementes geschaltet, wie es beispielsweise in dem unten angegebenen Patentdokument 1 gezeigt ist. Ein Laststrom, der durch das Halbleiterschaltelement fließt, wird auf der Grundlage des Spannungsabfalls über dem Widerstand erfasst, und das Auftreten eines Überstromes wird bestimmt, wenn der Laststrom größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn der Strom aufgrund der oben beschriebenen Selbstschutzfunktion ausgeschaltet wird, wird das Schaltelement automatisch wieder in einen EIN-Zustand versetzt, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Ausschalten verstrichen ist. Dieses kommt daher, dass die Funktion vorgesehen ist, um ein Überhitzen des Halbleiterschaltelementes zu verhindern, und wenn der abnorme Strom ausgeschaltet wird, sollte die Temperatur des Halbleiterschaltelementes unmittelbar durch einen Wärmestrahler, der herkömmlicherweise darin vorgesehen ist, verringert werden.

Patentdokument 1: JP-A-2001-217696

Das Dokument EP 1 393 443 B1 beschreibt ein Schwellenwerteinstellverfahren für eine Energieversorgungssteuerung, die eine Überstromschutzfunktion aufweist, die zum Durchführen eines ersten Ausschaltbetriebs eines Halbleiterschaltelementes vorgesehen ist, das an einer Energieversorgungsleitung einer Energiequelle zu einer Last angeordnet Ist, wenn ein Laststrom, der durch das Halbleiterschaltelement fließt, einen ersten Schwellenwert überschreitet, und zum anschließenden Wiederherstellen des leitenden Zustands des Halbleiterschaltelementes. Der erste Schwellenwert wird im Verlauf der Zeit nach dem Starten einer Stromzufuhr zu dem Haupttransistor verringert.
Das Dokument DE 10245098 A1 beschreibt eine elektrische Hilfsquellenvorrichtung und Lastbetriebsvorrichtung, wobei die elektrische Hilfsquellenvorrichtung einen Strombegrenzungsabschnitt zum Begrenzen eines Stroms, der in einem Halbleiterelement fließt, enthält. Die Strombegrenzung erfolgt auf der Grundlage eines vorbestimmten Überstrombegrenzungsschwellenwerts mittels Steuern des Halbleiterelements, wenn der von einem Stromerfassungsabschnitt erfasste Strom den vorbestimmten Überstrombegrenzungsschwellenwert überschreitet. Der vorbestimmte Überstrombegrenzungsschwellenwert wird auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der Zeit und einer Veranderung des Zerstörungsstrombetrags definiert, durch den die Verdrahtung zerstört werden kann, und wird so bestimmt, dass er unterhalb des Zerstörungsstroms liegt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
(Durch die Erfindung zu lösendes Problem)
In dem Fall, in dem die Last beispielsweise ein Motor oder eine Lampe ist, kann ein Einschaltstromstoß, d. h. ein Strom, der sehr viel größer als der Nennstrom der Last ist, für eine kurze Zeitdauer durch das Halbleiterschaltelement fließen, wenn die Energieversorgungssteuerung eingeschaltet wird. Wenn beispielsweise der obige Schwellenwert zum Bestimmen des Überstromes auf einen niedrigeren Pegel als der Einschaltstromstoß eingestellt ist, wird das Halbleiter-schaltelement einen Ausschalt-/Wieder-herstellurigsbetrieb wiederholen, d. h. ein Ausschalten aufgrund des Einschaltstrom-stoßes und eine Rückkehr zu einem EIN-Zustand eine vorbestimmte Zeitdauer danach, bis der Einschaltstromstoß nach dem Einschalten abgeklungen ist. Dann entsteht das Problem, dass die Steuerung langsam zu der Energieversorgung für die Last fortschreitet.
Wenn der Schwellenwert auf einen höheren Pegel als der Einschaltstromstoß eingestellt wird, um dieses Problem zu vermeiden, entsteht das andere Problem, dass ein Überstrom nur dann bestimmt werden kann, wenn dieser größer als der Einschaltstromstoß ist, wenn der Überstrom beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses in der Last durch das Halbleiterschaltelement fließt, nachdem ein stabiler Zustand erreicht ist.
Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die vorhergehenden Umstände, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieversorgungssteuerung und ein Verfahren zum Steuern der Energiezufuhr von einer Energiequelle zu einer Last zu schaffen, die in der Lage sind, eine Überstromanomalie früh zu erfassen, während eine Maßnahme gegen einen Einschaltstromstoß durchgeführt wird.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 kann der erste Schwellenwert, der für einen ersten Ausschaltbetrieb für das Halbleiterschaltelement verwendet wird, auf einen relativ hohen Pegel als einen Anfangspegel eingestellt werden, wenn nicht und bis eine Stromzufuhr auf der Energieversorgungsleitung erfasst wird. Der erste Schwellenwert wird auf einen niedrigeren Pegel als der Anfangspegel geändert, wenn eine Stromzufuhr auf der Energieversorgungsleitung erfasst wird. Der Anfangspegel des ersten Schwellenwertes kann auf einen höheren Pegel als ein Einschaltstromstoß eingestellt werden, und dadurch kann, während ein erster Ausschaltbetrieb aufgrund des Einschaltstromstoßes für das Halbleiterschaltelement verhindert wird, ein Überstrom, der kleiner als der Einschaltstromstoß ist, als eine Anomalie nach dem Erreichen eines stabilen Zustands erfasst werden, so dass ein erster Ausschaltbetrieb für das Halbleiterschaltelement durchgeführt wird.
Die obige Erfindung enthält vorzugsweise ein Durchführen eines Initialisierungsbetriebs zum Wiederherstellen des ersten Schwellenwertes auf den Anfangspegel maximal eine vorbestimmte Anzahl von Malen, wenn das Halbleiterschaltelement während der ersten Bezugszeit ausgeschaltet wird (erster Ausschaltbetrieb).
In dem Fall einer Konstruktion, bei der der erste Schwellenwert sogar dann auf einem niedrigen Pegel gehalten wird, wenn der erste Ausschaltbetrieb für das Halbleiterschaltelement durchgeführt wird, nachdem eine Stromzufuhr auf der Energieversorgungsleitung erfasst wird, kann das folgende Problem auftreten. Wenn der Lastwiderstand während des Startens der Last aus irgendwelchen Gründen hoch ist, was zu einem Einschaltstromstoß führt, der sich gradueller als in der Entwicklungsphase angenommen ändert, kann beispielsweise der erste Ausschaltbetrieb für das Halbleiterschaltelement aufgrund des Pegels des Einschaltstromstoßes, der den ersten Schwellenwert, der verringert wurde, überschreitet, durchgeführt werden. Das Hableiterschaltelement wird wieder in den leitenden Zustand gebracht, wenn eine erste Bezugszeit verstrichen ist, und dann tritt ein Einschaltstromstoß auf. Der Pegel des Einschaltstromstoßes kann unmittelbar den ersten Schwellenwert, der bereits auf einen niedrigen Pegel geändert wurde, überschreiten, und dadurch wird der erste Ausschaltbetrieb für das Halbleiterschaltelement erneut durchgeführt. Somit könnten eine Stromzufuhr für das Halbleiterschaltelement und ein unmittelbares Ausschalten aufgrund eines Einschaltstromstoßes wiederholt werden, so dass eine normale Steuerung für die Energieversorgung für die Last nicht gestartet werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Initialisierungsbetrieb zum Wiederherstellen des ersten Schwellenwertes auf den Anfangspegel, wenn der erste Ausschaltbetrieb für das Halbleiterschaltelement durchgeführt wird, nachdem ein Stromzufuhrerfassungssignal ausgegeben wird, maximal eine vorbestimmte Anzahl von Malen durchgeführt. Daher kann eine Stromzufuhr für das Halbleiterschaltelement, bis ein Einschaltstromstoß den sich zeitweilig ändernden ersten Schwellenwert überschreitet, und ein Ausschalten, wenn der Einschaltstromstoß den ersten Schwellenwert überschreitet, wiederholt werden. Dadurch verringert sich der Pegel des Einschaltstromstoßanstiegs graduell, was zu einem Abfall auf unterhalb des ersten Schwellenwertes führt. Dann wird die Wiederholung der Stromzufuhr und des unmittelbaren Ausschaltens des Halbleiterschaltelementes beendet. Andererseits wird, nachdem der Initialisierungsbetrieb die vorbestimmte Anzahl von Malen durchgeführt wurde, der erste Schwellenwert ohne Initialisierung auf dem niedrigen Pegel gehalten, so dass eine Überstromanomalie auf der Grundlage des niedrigen Pegels erfasst werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die zweite Abnorm-Stromerfassungsschaltung ausgefegt, auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals von dem Stromerfassungselement zu bestimmen, ob ein Laststrom, der durch das Halbleiterschaltelement fließt, einen zweiten Schwellenwert überschreitet, der niedriger als der erste Schwellenwert ist, und außerdem ausgelegt, ein zweites Abnorm-Stromsignal auszugeben, wenn der Laststrom den zweiten Schwellenwert überschreitet. Die Energieversorgungssteuerung kann außerdem eine Anomaliezeitakkumulationsschaltung enthalten, die ausgelegt ist, einen Betrieb zum Akkumulieren einer Anomaliezeit zu starten, während der zumindest ein zweites Abnorm-Stromsignal ausgegeben wird, wenn das zweite Abnorm-Stromsignal von der zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung ausgegeben wird. Die Schwellentwerteinstellschaltung ist dabei ausgelegt, einen Pegel des ersten Schwellenwertes gemäß einer akkumulierten Zeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung zu verringern.
Gemäß dieser Konstruktion kann der erste Schwellenwert, der für einen Ausschaltbetrieb des Halbleiterschaltelementes verwendet wird, auf einen relativ hohen Pegel als einen Anfangspegel eingestellt werden, wenn nicht und bis der Laststrom, der durch das Halbleiterschaltelement fließt, den zweiten Schwellenwert überschreitet. Der erste Schwellenwert wird auf einen niedrigeren Pegel als der Anfangspegel gemäß einer akkumulierten Zeit geändert, die durch eine Akkumulation erhalten wird, die gestartet wird, wenn der Laststrom den zweiten Schwellenwert überschreitet. Der Anfangspegel des ersten Schwellenwertes kann auf einen höheren Pegel als ein Einschaltstromstoß eingestellt werden, und dadurch kann, während ein Ausschaltbetrieb aufgrund des Einschaltstromstoßes für das Halbleiterschaltelement verhindert wird, ein Überstrom, der kleiner als der Einschaltstromstoß ist, als eine Anomalie nach dem Erreichen eines stabilen Zustands erfasst werden, so dass ein Ausschaltbetrieb des Halbleiterschaltelements durchgeführt wird.
Bei einigen Energieversorgungssteuerungen ist beispielsweise ein anderes Schaltelement an der Energieversorgungsleitung an der Stromabseite des Halbleiterschaltelementes derart vorgesehen, dass die Energiezufuhr zu der Last ebenfalls durch ein EIN-AUS-Schalten des Schaltelements gesteuert werden kann. In diesem Fall kann ein Einschaltstromstoß auf der Energieversorgungsleitung wiederholt auftreten, wenn beispielsweise ein EIN-AUS-Schalten des stromabseitigen Schaltelementes wiederholt wird. D. h. es kann, ebenso wie wenn die Energieversorgungssteuerung eingeschaltet wird, ein Einschaltstromstoß auftreten, wenn nach dem Einschalten der leitende Zustand von einem Ausschaltzustand des Schaltelements wieder hergestellt wird.
Daher wird in der vorliegenden Erfindung der erste Schwellenwert vorzugsweise durch Löschen einer akkumulierten Zeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung (d. h. durch Ändern der derzeitigen akkumulierten Zeit auf die Anfangszeit oder auf eine Zeit näher bei der Anfangszeit) wieder auf den Anfangspegel oder einen ähnlichen Pegel eingestellt, wenn ein Zustand, bei dem der Laststrom auf gleich einem oder kleiner als ein normaler Pegel gehalten wird, eine zweite Bezugszeit nach dem Start der Akkumulation der Anomaliezeit andauert. Dadurch wird eine wiederholte Durchführung eines Ausschaltbetriebes für das Halbleiterschaltelement aufgrund eines Einschaltstromstoßes verhindert, wenn der Einschaltstromstoß wiederholt auftritt, nachdem die Energieversorgungssteuerung eingeschaltet ist.
Weiter vorzugsweise wird in der vorliegenden Erfindung die Akkumulation einer Anomaliezeit gestartet, wenn der Laststrom auf der Energieversorgungsleitung den zweiten Schwellenwert überschreitet, und ein Ausschaltbetrieb für das Halbleiterschaltelement durchgeführt, wenn die Anomaliezeit eine dritte Bezugszeit erreicht. Wenn andererseits ein normaler Zustand, bei dem der Laststrom gleich dem oder kleiner als der normale Pegel ist, eine zweite Bezugszeitdauer ohne Erreichen der dritten Bezugszeit andauert, wird eine akkumulierte Zeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung gelöscht (d. h. die derzeitig akkumulierte Zeit wird wieder auf den Anfangswert oder auf einen Wert näher bei dem Anfangswert eingestellt), so dass ein Ausschaltbetrieb für das Halbleiterschaltelement verhindert wird. Dadurch kann, ebenso wie ein kontinuierlicher Überstrom, ein Flatterkurzschluss, d. h. ein intermittierender Überstrom, der in kürzeren Intervallen bzw. Abständen als die zweite Bezugszeit auftritt, erfasst werden, so dass ein Schutz einer externen Schaltung (einschließlich einer Last und eines elektrischen Drahtes) erzielt werden kann.
In dem Fall, in dem beispielsweise ein anderes Schaltelement an der Energieversorgungsleitung auf der Stromabseite des Halbleiterschaltelementes der Energieversorgungssteuerung vorgesehen ist, so dass eine Energiezufuhr zu der Last ebenfalls durch EIN-AUS-Schalten des stromabseitigen Schaltelementes gesteuert werden kann, während das Halbleiterschaltelement der Energieversorgungssteuerung eingeschaltet gehalten wird, kann ein Einschaltstromstoß auf der Energieversorgungsleitung wiederholt auftreten, wenn ein EIN-AUS-Schalten des stromabseitigen Schaltelementes wiederholt wird.
Daher wird vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung, wenn ein Zustand, bei dem der Laststrom gleich dem oder kleiner als der normale Pegel ist, eine zweite Bezugszeitdauer nach dem Start der Akkumulation der Anomaliezeit andauert, der erste Schwellenwert durch erneutes Einstellen einer akkumulierten Zeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung auf die Anfangszeit auf den Anfangspegel oder einem ähnlichen Pegel zurückgesetzt, und der Zählwert wird derart zurückgesetzt, dass der Initialisierungsbetrieb ermöglicht bzw. freigegeben wird. Dadurch kann, wenn der Einschaltstromstoß wiederholt nach dem Einschalten der Energieversorgungssteuerung auftritt, eine Wiederholung der Stromzufuhr und des unmittelbaren Ausschaltens des Halbleiterschaltelementes aufgrund der Wiederholung des Einschaltstromes beendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das die allgemeine Konstruktion einer Energieversorgungssteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Schaltungsdiagramm einer Eingangsschnittstelle;
3 ist ein Schaltungsdiagramm eines internen Massegenerators;
4 ist ein Schaltungsdiagramm eines Stromspiegelabschnittes, eines Schwellenspannungsgenerators und eines Überstromanomaliedetektors;
5 ist eine Grafik zur Erläuterung von Einstellpegeln eines ersten Anomalieschwellenstromes und eines zweiten Anomalieschwellenstromes;
6 ist ein Schaltungsdiagramm eines Steuerlogikabschnitts;
7 ist eine Tabelle, die die Entsprechung zwischen dem Zählwert und Bitsignalen eines Schmelzzeitzählers zeigt;
8 ist ein schematisches Diagramm, das die Konstruktion eines Gatetreibers zeigt;
9A ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Gatespannung und der Ladezeit zeigt;
9B ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Gatespannung und der Entladezeit zeigt;
10 ist ein Zeitdiagramm für den Fall, in dem die Energieversorgungssteuerung ein konstantes Spannungssignal eines niedrigen Pegels als ein Steuersignal empfängt;
11 ist ein Zeitdiagramm für den Fall, in dem ein Einschaltstromstoß, der den ersten Anomalieschwellenstrom überschreitet, aufgetreten ist;
12 ist ein Zeitdiagramm für den Fall, in dem ein Einschaltstromstoß, der den ersten Anomalieschwellenstrom nicht überschreitet und sich extrem graduell ändert, aufgetreten ist;
13 ist ein Zeitdiagramm für den Fall, in dem die Energieversorgungssteuerung ein PWM-Signal als ein Steuersignal empfängt;
14 ist ein Blockdiagramm, das die allgemeine Konstruktion einer Energieversorgungssteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
15 ist ein Schaltungsdiagramm einer Sourcepotentialsteuerung, eines Schwellenspannungsgenerators und eines Stromanomaliedetektors;
16 ist ein Schaltungsdiagramm eines Steuerlogikabschnitts;
17 ist eine Tabelle, die die Entsprechung zwischen den Zählwerten eines Schmelzzählers und eines FR-Zählers und einem Schwellenwertbestimmungssignal zeigt;
18 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale zum Darstellen eines Betriebs der Energieversorgungssteuerung (während eines normalen Zustands);
19 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale zum Darstellen eines Betriebs der Energieversorgungssteuerung (während eines Überstroms); und
20 ist ein Zeitdiagramm verschiedener Signale zum Darstellen eines Betriebs der Energieversorgungssteuerung (während eines Schmelzstroms).
Bezugszeichenliste

10, 210: Energieversorgungssteuerung
11: Last
12: Energiequelle
13: Energieversorgungsleitung
14: Leistungs-MOSFET (Halbleiterschaltelement)
18: Erfassungs-MOSFET (Stromerfassungselement)
28: Gatetreiber (Schaltsteuerschaltung)
30: Elektrischer Draht (Externe Schaltung)
52, 252: Schwellenspannungsgenerator (Schwellenwerteinstellschaltung)
58, 258: Komparator (Erste Abnorm-Stromerfassungsschaltung)
59: Komparator (Stromzufuhrerfassungsschaltung, zweite Abnorm-Stromerfassungsschaltung)
71: Ausschaltdauerzähler (Überstromschutzschaltung)
72: Löschzähler (Normaldauerakkumulationsschaltung, Anzahlrücksetzschaltung)
73: Schmelzzeitzähler (Zeitakkumulationsschaltung, Anomaliezeitakkumulationsschaltung)
88: Anzahlzählerschaltung (Schwellenwertinitialisierungsschaltung)
271: FR-Zähler (Freischwingungszählerschaltung bzw. Freilaufzählerschaltung)
272: Löschzähler (Löschzählerschaltung)
273: Schmelzzähler (Schmelzzählerschaltung)
277: FRC-Rücksetzgenerator (Freischwingungszählerrücksetzschaltung)
292: CLC-Rücksetzgenerator (Normaldauerrücksetzschaltung)
CLR: Löschsignal
OC: Erstes Abnorm-Stromsignal, Überstromsignal
FC: Zweites Abnorm-Stromsignal, Schmelzstromsignal (Stromzufuhrerfassungssignal)
IL: Laststrom
ILoc: Erster Anomalieschwellenstrom (Erster Schwellenwert)
ILfc: Zweiter Anomalieschwellenstrom (Zweiter Schwellenwert)
Is: Erfassungsstrom (Stromerfassungssignal)
OvF7: Zählsignal (Aufwärtszählsignal)
S1, On: Steuersignal
S2: Ausgangssignal

BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 13 erläutert.
<Konstruktion der Energieversorgungssteuerung>
1 ist ein Blockdiagramm, das die allgemeine Konstruktion einer Energieversorgungssteuerung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Energieversorgungssteuerung 10 kann an einem Fahrzeug, das nicht gezeigt ist, installiert und zur Steuerung der Energiezufuhr von einer Fahrzeugenergiequelle (im Folgenden als ”eine Energiequelle 12” bezeichnet) zu einer Last 11 wie z. B. einem Entfeuchtungsheizgerät (d. h. einer linearen Widerstandslast), einer Fahrzeuglampe bzw. einem Fahrzeugschienwerfer, oder einem Motor für einen Lüfter oder einen Wischer (d. h. eine L-Last (oder induktive Last)) installiert sein. Im Folgenden meint eine ”Last” eine Vorrichtung, die von der Energieversorgungssteuerung 10 zu steuern ist, und beinhaltet keinen elektrischen Draht 30, der zwischen die Energieversorgungssteuerung 10 und die gesteuerte Vorrichtung geschaltet ist. Die Last 11 und der elektrische Draht 30 werden in der folgenden Beschreibung gemeinsam als ”eine externe Schaltung” bezeichnet.
Insbesondere enthält die Energieversorgungssteuerung 10 einen Leistungs-MOSFET 14 (d. h. ein Beispiel eines ”Halbleiterschaltelements”) als ein Leistungs-FET, der an einer Energieversorgungsleitung 13, die zwischen die Energiequelle 12 und die Last 11 geschaltet ist, angeordnet ist. In der Energieversorgungssteuerung 10 wird ein Steuersignal S1 wie z. B. ein konstantes Spannungssignal oder ein PWM-Steuersignal (Pulsbreitenmodulationssteuersignal) an das Gate des Leistungs-MOSFET 14 angelegt, um den Leistungs-MOSFET zwischen EIN und AUS zu schalten. Dadurch wird die Energiezufuhr zu der Last 11, die mit der Ausgangsseite des Leistungs-MOSFET 14 verbunden ist, gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Eingangsanschluss P1 der Energieversorgungssteuerung 10 mit einem externen Betriebsschalter 15 verbunden, und die Energieversorgungssteuerung wird betrieben, wenn der Betriebsschalter 15 eingeschaltet ist. Insbesondere ist der Eingangsanschluss P1 mit dem Betriebsschalter 15 über einen Widerstand 15a verbunden, und der Verbindungspunkt zwischen dem Betriebsschalter 15 und dem Widerstand 15a ist mit der Energiequelle 12 über den Widerstand 15b verbunden. Somit wird der Eingangsanschluss P1 auf die Seite der Energieversorgungsspannung Vcc heraufgezogen, wenn der Betriebsschalter 15 ausgeschaltet ist.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Energieversorgungssteuerung 10 als eine Halbleitervorrichtung 17 (halbleitende Vorrichtung) ausgebildet, an der der Eingangsanschluss P1, ein Energieversorgungsanschluss P2 (Vcc), ein Abgriffsanschluss P3, der mit der Energiequelle 12 zu verbinden ist, ein Lastverbindungsanschluss P4, der mit der Last 11 zu verbinden ist, ein externer Anschluss P5, der mit der Masse (GND) über einen externen Widerstand 16 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 14, ein Erfassungs-MOSFET 18 (d. h. ein Beispiel eines ”Stromerfassungselements”) als ein Erfassungs-FET, der unten beschrieben wird, und ein Temperatursensor 19 (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise eine Diode) als ein Temperaturerfassungselement auf einem einzelnen Chip als ein Leistungs-Chip 20 konfiguriert, der an einem Steuer-Chip 21, der die anderen Schaltungen enthält, angebracht ist.
Mehrere MOSFETs sind auf dem Leistungs-Chip angeordnet. Die Drainanschlüsse der MOSFETs sind gemeinsam miteinander verbunden, und sind außerdem mit dem Abgriffsanschluss P3 verbunden. Die Sourceanschlüsse der meisten der MOSFETs sind gemeinsam mit einem Leistungs-FET-Eingang 51a eines Stromspiegelabschnitts 51, der unten beschrieben wird, und dem Lastverbindungsanschluss P4 verbunden, so dass die MOSFETs den Leistungs-MOSFET 14 ausbilden. Die Sourceanschlüsse des Restes der MOSFETs sind gemeinsam mit einem Erfassungs-FET-Eingang 51b des Stromspiegelabschnitts 51 verbunden, so dass die MOSFETs den Erfassungs-MOSFET 18 ausbilden. Das Verhältnis der Anzahl der MOSFETs, die den Erfassungs-MOSFET 18 bilden, zu der Anzahl der MOSFETs, die den Leistungs-MOSFET 14 bilden, entspricht näherungsweise einem Erfassungsverhältnis.
Der Steuer-Chip 21 enthält hauptsächlich eine Eingangsschnittstelle 22, einen internen Massegenerator 23, einen Stromdetektor 24, einen Überhitzungsdetektor 25, einen Diagnoseausgangsabschnitt 26, einen Steuerlogikabschnitt 27, der als eine Überstromschutzschaltung und als eine Überhitzungsschutzschaltung dient, und einen Gatetreiber 28.
(Eingangsschnittstelle)
Die Eingangsseite der Eingangsschnittstelle 22 ist mit dem Eingangsanschluss P1 verbunden. Dadurch wird ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels eingegeben, wenn der Betriebsschalter 15 ausgeschaltet ist, während ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels eingegeben wird, wenn der Betätigungsschalter eingeschaltet ist. Das Steuersignal S1 wird dann in den internen Massegenerator 23 und den Steuerlogikabschnitt 27 eingegeben. In einem normalen Zustand, d. h. wenn weder eine Stromanomalie noch eine Temperaturanomalie aufgetreten ist, wie es später beschrieben wird, schaltet die Energieversorgungssteuerung 10 den Leistungs-MOSFET 14 durch den Gatetreiber 28 als Reaktion auf ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels, wie es oben beschrieben wurde, ein, was zu einem leitenden Zustand führt. Andererseits schaltet als Reaktion auf ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels die Energieversorgungssteuerung 10 den Leistungs-MOSFET 14 durch den Gatetreiber 28 aus, was zu einem AUS-Zustand führt. Ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels der vorliegenden Ausführungsform ist ein Beispiel eines ”EIN-Signals”. Ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels ist ein Beispiel eines ”AUS-Signals”. Der Gatetreiber 28 dient als eine ”Schaltsteuerschaltung”.
Insbesondere enthält die Eingangsschnittstelle 22, wie es in 2 gezeigt ist, zwei Dioden 31 und 31, die seriell zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und eine interne Masse GND1 (0 < GND1 < Vcc) geschaltet sind, deren Kathodenseiten mit der Seite höheren Potentials verbunden sind. Mit dem Verbindungspunkt dazwischen ist der Eingangsanschluss P1 über einen Widerstand 32 verbunden. Ein FET 33, in dem ein Kurzschluss zwischen der Source und dem Gate (d. h. eine Diodenverbindung) ausgebildet ist, ist parallel zu der Diode 31 auf der Seite höheren Potentials geschaltet. Wenn ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels in den Eingangsanschluss P1 eingegeben wird, wird dieser auf die Seite der Energieversorgungsspannung Vcc heraufgezogen, so dass ein Signal eines hohen Pegels (zur Vereinfachung in der vorliegenden Ausführungsform als ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels bezeichnet), das dem Steuersignal S1 eines hohen Pegels entspricht, über einen Hysterese-Komparator 34 und eine Invertierungsschaltung 35 ausgegeben wird. Wenn andererseits ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels in den Eingangsanschluss P1 eingegeben wird, fließt ein konstanter Strom von dem FET 33 zu dem Eingangsanschluss P1 über den Widerstand 32, so dass ein Signal eines niedrigen Pegels (zur Vereinfachung in der vorliegenden Ausführungsform als ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels bezeichnet), das dem Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels entspricht, über den Hysterese-Komparator 34 und die Invertierungsschaltung 35 ausgegeben wird.
Wenn ein Steuersignal S1 einer negativen Spannung (niedriger als GND1) in den Eingangsanschluss P1 eingegeben wird, fließt ein Strom von der internen Masse GND1 zu dem Eingangsanschluss P1 über die Diode 31 an der Seite niedrigeren Potentials und den Widerstand 32, so dass ebenfalls ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels ausgegeben wird. Eine Diode 36, deren Kathodenseite mit der Seite höheren Potentials verbunden ist, und ein Widerstand 37 sind seriell zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und den Masseanschluss P6 geschaltet, wie es in 1 gezeigt ist. Der Verbindungspunkt dazwischen ist als die obige interne Masse GND1 vorgesehen. Gemäß dieser Konstruktion wird, wenn irrtümlicherweise die Seite des Masseanschlusses P6 mit der Seite der Energieversorgungsspannung Vcc verbunden ist, ein Strom, der in die Schaltungen der Energieversorgungssteuerung 10 fließt, aufgrund der Diode 36 unterdrückt, so dass er gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Pegel ist.
(Interner Massegenerator)
Der interne Massegenerator 23 als ein Konstantspannungsversorgungsgenerator wird betrieben, wenn er ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) von der Eingangsschnittstelle 22 oder ein Ausgangssignal S2 eines niedrigen Pegels (das angibt, dass ein Löschzähler 72 nicht übergeflossen ist) von dem Löschzähler 72, der unten beschrieben wird, empfängt, um eine interne Masse GND2 zu erzeugen, die um eine vorbestimmte konstante Spannung niedriger als die Energieversorgungsspannung Vcc ist. D. h. der interne Massegenerator 23 wird in dem Betriebszustand gehalten, um die Erzeugung der internen Masse GND2 solange fortzusetzen, wie ein Ausgangssignal S2 eines niedrigen Pegels von dem Löschzähler 72 empfangen wird, und zwar sogar dann, wenn ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels (AUS-Signal) von der Eingangsschnittstelle 22 empfangen wird. Somit wird die konstante Spannung, die der Differenz entspricht, die durch Subtrahieren der internen Masse GND2 von der Energieversorgungsspannung Vcc bestimmt wird, für den Steuerlogikabschnitt 27 bereitgestellt, und dadurch kann der Steuerlogikabschnitt 27 betrieben werden.
Insbesondere enthält der interne Massegenerator 23, wie es in 3 gezeigt, einen FET 41 als ein Schaltelement, das als Reaktion auf ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) einzuschalten ist, und einen FET 42 als ein Schaltelement, das als Reaktion auf ein Ausgangssignal S2 eines niedrigen Pegels einzuschalten ist. Die Ausgangsseiten der FETs 41, 42 sind mit dem Steueranschluss eines FET 43 als einem Schaltelement verbunden. Die Eingangsseite (d. h. die Drainseite) des FET 43 ist mit dem Energieversorgungsanschluss P2 über eine Zener-Diode 44 verbunden, während dessen Ausgangsseite (d. h. die Sourceseite) mit dem Masseanschluss P6 über den obigen Widerstand 37 verbunden ist.
In dem internen Massegenerator 23 wird der FET 43 als Reaktion auf ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels oder ein Ausgangssignal S2 eines niedrigen Pegels, wie es oben beschrieben ist, eingeschaltet. Dadurch wird der interne Massegenerator betrieben, um die interne Masse GND2 zu erzeugen, die um eine Spannung, die der Zener-Spannung der Zener-Diode 44 entspricht, niedriger als die Energieversorgungsspannung Vcc ist. Die erzeugte interne Masse wird dem Steuerlogikabschnitt 27 über einen Operationsverstärker 45 als einen Spannungsfolger bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein FET 46, bei dem ein Kurzschluss zwischen der Source und dem Gate (d. h. eine Diodenverbindung) ausgebildet ist, an einer Energieversorgungsleitung, die zwischen die Zener-Diode 44 und dem FET 43 geschaltet ist, angeordnet. Dadurch fließt ein konstanter Strom durch die Zener-Diode 44, wenn der FET 43 eingeschaltet ist, und demzufolge kann eine stabilere interne Masse GND2 erzeugt werden.
(Stromdetektor)
Der Stromdetektor 24 enthält einen Stromspiegelabschnitt 51, einen Schwellenspannungsgenerator 52 und einen Überstromanomaliedetektor 53, wie es in 1 gezeigt ist. 4 zeigt die Schaltungen des Stromspiegelabschnitts 51, des Schwellenspannungsgenerators 52 und des Überstromanomaliedetektors 53 in vergrößerter Ansicht, und der Rest der Schaltungskonstruktion ist teilweise weggelassen.
a. Stromspiegelabschnitt
Der Stromspiegelabschnitt 51 enthält eine Potentialsteuerung 54 zum Aufrechterhalten der ausgangsseitigen Potentiale (d. h. der Source-Potentiale) des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 auf zu einander gleiche Potentiale, und enthält außerdem zwei Stromspiegelschaltungen 55 und 55.
Die Potentialsteuerung 54 enthält einen Operationsverstärker 56 und einen FET 57 als ein Schaltelement. Die beiden Eingangsanschlüsse des Operationsverstärkers sind jeweils mit dem Leistungs-FET-Eingang 51a (d. h. mit der Source des Leistungs-MOSFET 14) und dem Erfassungs-FET-Eingang 51b (d. h. der Source des Erfassungs-MOSFET 18) verbunden. Der FET 57 ist zwischen den Erfassungs-FET-Eingang 51b und den externen Anschluss P5 geschaltet, und der Ausgang des Operationsverstärkers 56 wird an dessen Steueranschluss angelegt. Genauer gesagt ist der negative Eingang des Operationsverstärkers 56 mit dem Leistungs-FET-Eingang 51a verbunden, während der positive Eingang des Operationsverstärkers 56 mit dem Erfassungs-FET-Eingang 51b verbunden ist. Der Differenzausgang des Operationsverstärkers 56 wird durch das Gate und den Drain des FET 57 in den positiven Eingang zurückgeführt.
Der Operationsverstärker 56 wird aufgrund der Rückführung des Differenzausgangs des Operationsverstärkers 56 in einem imaginären Kurzschlusszustand gehalten, d. h. die Potentiale des positiven Eingangs und des negativen Eingangs werden auf fast einander gleich gehalten. Dadurch werden die Potentiale der Drainanschlüsse des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 auf einander gleiche Potentiale gehalten, und die Potentiale der Sourceanschlüsse von diesen werden ebenfalls auf einander gleiche Potentiale gehalten. Demzufolge kann ein Erfassungsstrom Is (d. h. ein Beispiel eines ”Stromerfassungssignals von einem Stromerfassungselement”), der durch den Erfassungs-MOSFET 18 fließt, stabil auf ein konstantes Verhältnis (d. h. das obige Erfassungsverhältnis) zu einem Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt, gehalten werden.
Der Erfassungsstrom Is von der Potentialsteuerung 54 fließt in den externen Widerstand 16 über die beiden Stromspiegelschaltungen 55, 55 und den externen Anschluss P5, und daher ändert sich die Anschlussspannung Vo des externen Anschlusses P5 mit dem Erfassungsstrom Is.
b. Überstromanomaliedetektor
Der Überstromanomaliedetektor 53 enthält mehrere (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise zwei) Komparatoren 58, 59 (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise Hysterese-Komparatoren). Die Anschlussspannung Vo des externen Anschlusses P5 wird an einen Eingang des Komparators 58 und einen Eingang des Komparators 59 angelegt.
Der Komparator 58 (d. h. ein Beispiel einer ”ersten Abnorm-Stromerfassungsschaltung”) empfängt an dem anderen Eingang eine erste Anomalieschwellenspannung Voc von dem Schwellenspannungsgenerator 52 und gibt ein erstes Abnorm-Stromsignal OC eines niedrigen Pegels an den Steuerlogikabschnitt 27 aus, wenn die Anschlussspannung Vo die erste Anomalieschwellenspannung Voc überschreitet. Im Folgenden wird ein Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 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 ”ersten Schwellenwertes”), und diese Stromanomalie wird als ”Überstrom” bezeichnet.
Der Komparator 59 (d. h. ein Beispiel einer ”Stromzufuhrerfassungsschaltung” und einer ”zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung”) empfängt an seinem anderen Eingang eine zweite Anomalieschwellenspannung Vfc (< Voc) von dem Schwellenspannungsgenerator 52 und gibt ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines niedrigen Pegels (d. h. ein Beispiel eines ”Stromzufuhrerfassungssignals”) an den Steuerlogikabschnitt 27 aus, wenn die Anschlussspannung Vo die zweite Anomalieschwellenspannung Vfc überschreitet. Im Folgenden wird ein Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt, wenn die Anschlussspannung Vo die zweite Anomalieschwellenspannung Vfc erreicht, d. h. während einer Stromanomalie, als ”zweiter Anomalieschwellenstrom ILfc” bezeichnet (d. h. ein Beispiel eines ”zweiten Schwellenwertes”), und diese Stromanomalie wird als ”Schmelzstrom” bezeichnet.
c. Schwellenspannungsgenerator
Der Schwellenspannungsgenerator 52 (d. h. ein Beispiel einer ”Schwellenwerteinstellschaltung”) enthält eine Spannungsteilerschaltung zum Teilen einer Bezugsspannung mittels mehrerer Widerstände. Eine Anomalieschwellenspannung, die an den Überstromanomaliedetektor 53 angelegt wird, kann durch Ändern einer oder mehrerer geteilter Spannungen, die aus mehreren geteilten Spannungen ausgewählt werden, die von der Spannungsteilerschaltung erzeugt werden, eingestellt werden. Insbesondere enthält, wie es in 4 gezeigt ist, der Schwellenspannungsgenerator 52 eine Spannungsteilerschaltung 60, die zwischen die Source des Leistungs-MOSFET 14 und den Masseanschluss P6 geschaltet ist. Die Spannungsteilerschaltung 60 ist durch serielles Schalten mehrerer Widerstände (beispielsweise acht Widerstände 60a–60h in der vorliegenden Ausführungsform) ausgebildet. Die geteilte Spannung an dem Verbindungspunkt A zwischen den Widerständen 60a und 60b wird als die zweite Anomalieschwellenspannung Vfc ausgegeben.
Der Schweilenspannungsgenerator 52 enthält außerdem mehrere FETs 61a–61f als Schaltelemente zum Verbinden des anderen Eingangsanschlusses des Komparators 58 wahlweise mit den Verbindungspunkten B–G zwischen den Widerständen 60b–60h. Dadurch kann die erste Anomalieschwellenspannung Voc stufenweise durch wahlweises und aufeinanderfolgendes Einschalten der FETs 61a–61f verringert werden. Die EIN-AUS-Steuerung für die FETs 61a–61f wird durch den Steuerlogikabschnitt 27 durchgeführt, wie es unten beschrieben ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Spannungsteilerschaltung 60 ausgelegt, die Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 zu unterteilen, kann jedoch ausgelegt sein, eine vorbestimmte Spannung als eine andere Bezugsspannung als die Sourcespannung zu unterteilen. Gemäß der Konstruktion der vorliegenden Ausführungsform können die Anomalieschwellenspannungen derart eingestellt werden, dass sie sich mit der Sourcespannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 ändern. Im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der die Schwellenwerte unabhängig von einer Änderung der Sourcespannung auf feste Pegel eingestellt werden, erreicht die Anschlussspannung Vo des externen Widerstands 16 unmittelbar die Anomalieschwellenspannung unabhängig von der Größe der Energieversorgungsspannung Vcc, wenn beispielsweise ein Kurzschluss in der Last 11 oder ähnlichem aufgetreten ist. Dadurch kann die Stromanomalie schnell erfasst werden. Außerdem ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein FET 62, der ein Schaltelement ist, das sich als Reaktion auf ein Vorspannungssignal Bias von dem Steuerlogikabschnitt 27 einschaltet, vorgesehen, durch den ein Strom von der Energiequelle 12 in die Spannungsteilerschaltung 60 über einen Widerstand 63 fließt, so dass die Sourcespannung Vs derart vorgespannt ist, dass sie nicht gleich 0 [V] ist, wenn der Leistungs-MOSFET 14 ausgeschaltet ist. Das Vorspannungssignal Bias wird von dem Steuerlogikabschnitt 27 zum Einschalten des FET 62 ausgegeben, wenn ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels oder ein Ausgangssignal S2 eines niedrigen Pegels ausgegeben wird.
5 ist eine Grafik zu Erläuterung von Einstellpegeln des ersten Anomalieschwellenstrom ILoc und des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc. Die Grafik betrifft die Rauchemissionscharakteristika eines elektrischen Drahtes 30 (beispielsweise eines Beschichtungsmaterials des elektrisches Drahtes), der mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbindbar ist, wobei die Rauchemissionskennlinie L1, die die Beziehung zwischen einem konstanten Strompegel und einer Stromanwendungszeit (d. h. einer Zeit bis zum Schmelzen) repräsentiert, gezeigt ist. D. h. die Rauchemissionskennlinie L1 stellt die Beziehung zwischen einem beliebigen konstanten Strom (Ein-Schuss-Strom) und einer Zeit, die es dauert, bis das Beschichtungsmaterial des elektrischen Drahtes 30 zu schmoren beginnt, während der konstante Strom an den elektrischen Draht 30 angelegt ist, dar. In der Grafik ist außerdem eine Selbstzerstörungskennlinie L2 gezeigt, die die Beziehung zwischen einem beliebigen konstanten Strom (Ein-Schuss-Strom) und einer Zeit darstellt, die es dauert, bis der Leistungs-MOSFET 14 zusammenbricht, während der konstante Strom an den MOSFET 14 angelegt ist. Der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc wird auf einen Wert innerhalb eines Bereiches eingestellt, in dem ein Strompegel kleiner als die Rauchemissionskennlinie L1 und kleiner 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 niedriger die Selbstzerstörungskennlinie L2 ist, und zwar für einen Zeitbereich, der einer Bezugsschmelzzeit entspricht, die unten beschrieben ist und die mit dem Start der Zählung von dem Anfangswert durch einen Schmelzzeitzähler 73, der unten beschrieben ist, beginnt.
Man beachte, dass die Rauchemissionscharakteristika, die in der Grafik gezeigt sind, einen elektrischen Draht 30 betreffen, der aus elektrischen Drähten 30 ausgewählt ist, die wahrscheinlich mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden werden. Die Rauchemissionscharakteristika hängen von einer externen Schaltung (beispielsweise einem Verdrahtungselement wie z. B. einem elektrischen Draht oder einer Last), die mit der Energieversorgungssteuerung 10 zu verbinden ist, ab. Daher sollten sich die Werte des Laststroms IL und des Erfassungsstroms Is, auf deren Grundlage die Abnorm-Stromsignale FC, OC ausgegeben werden, ebenfalls in Abhängigkeit davon ändern. Dieses kann jedoch auf einfache Weise durch Einstellen des Widerstandswertes des oben beschriebenen externen Widerstands 64 erzielt werden.
In der Grafik stellt ILmax den Nennstrom der Last 11 (d. h. eine Grenze für die Verwendung, bis zu der eine Garantie gegeben wird) dar. Io stellt den kritischen Gleichgewichtsstrom dar, der angelegt werden kann, während ein thermischer Gleichgewichtszustand aufrechterhalten wird, bei dem eine Wärmeerzeugung und -abstrahlung in dem elektrischen Draht 30 ausgeglichen sind. Wenn ein Strom eines höheren Pegels als der kritische Gleichgewichtsstrom Io angelegt wird, betrifft dieses den überthermischen Widerstandsbereich, bei dem ein Strompegel und eine Zeit bis zum Schmoren im Wesentlichen umgekehrt proportional zueinander sind. Der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc wird auf einen Wert eingestellt, der etwas größer als der Nennstrom ILmax der Last 11 ist, wie es in 5 gezeigt ist. Der Komparator 59 erfasst einen Schmelzstrom, wenn der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc erreicht, und gibt ein zweites Abnorm-Stromsignal FC aus. Wenn der Laststrom IL etwa so groß wie der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc ist, muss der Leistungs-MOSFET 15 nicht unmittelbar ausgeschaltet werden. Er sollte nur dann ausgeschaltet werden, wenn der Schmelzstromzustand eine beachtliche Zeitdauer andauert, wie es unten beschrieben ist.
Im Gegensatz dazu wird der erste Anomalieschwellenstrom ILoc auf einen Pegel eingestellt, der größer als der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc ist. Der Komparator 58 erfasst einen Überstrom, wenn der Laststrom IL den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc erreicht, und gibt ein erstes Abnorm-Stromsignal OC aus. Wenn der Laststrom IL somit auf einem hohen Pegel jenseits des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc liegt, sollte der Leistungs-MOSFET 14 unmittelbar ausgeschaltet werden, wie es unten beschrieben ist. In Vorbereitung für einen Einschaltstromstoß stellt der Schwellenspannungsgenerator 52 zunächst den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc auf einen Anfangspegel ein, der größer als der Einschaltstromstoß ist, wie es in 5 gezeigt ist.
Wenn danach ein Schmelzstrom erfasst wird, wie es unten beschrieben ist, wird der erste Anomalieschwellenstrom stufenweise im Verlaufe der Zeit verringert.
(Überhitzungsdetektor)
Der Überhitzungsdetektor 25 empfängt ein Temperatursignal S4, das einer Temperatur des Leistungs-Chips 20 entspricht, von dem Temperatursensor 19, der auf dem Leistungs-Chip 20 vorgesehen ist. Der Überhitzungsdetektor 25 erfasst eine Temperaturanomalie, wenn das empfangene Temperatursignal S4 eine vorbestimmte Schwellentemperatur überschreitet, und stellt dem Steuerlogikabschnitt 27 ein Abnorm-Temperatursignal OT eines niedrigen Pegels bereit.
Während eines ersten oder zweiten erzwungenen Ausschaltbetriebes, der durch den Steuerlogikabschnitt 27 für den Leistungs-MOSFET 14 als Reaktion auf das Auftreten einer Stromanomalie oder einer Temperaturanomalie durchgeführt wird, wie es unten beschrieben ist, stellt die Diagnoseausgangsschaltung 26 einen Diagnoseausgang durch Herabziehen des Diagnoseausgangsanschlusses P7 auf einen niedrigen Pegel als Reaktion auf ein Diagnosesignal Diag eines hohen Pegels von dem Steuerlogikabschnitt 27 bereit. Dadurch kann eine Meldung hinsichtlich des erzwungenen Ausschaltzustands des Leistungs-MOSFET 14 aufgrund des Auftretens einer Stromanomalie oder einer Temperaturanomalie oder aufgrund der durchgeführten Schmelz- bzw. Sicherungsfunktion für die Außenseite bereitgestellt werden.
(Steuerlogikabschnitt)
6 ist ein Schaltungsdiagramm des Steuerlogikabschnitts 27. Der Steuerlogikabschnitt 27 enthält hauptsächlich einen Ausschaltdauerzähler 71, den Löschzähler 72, den Schmelzzeitzähler 73, einen Oszillator 74, einen Rücksetzsignalgenerator 75, eine Anzahlzählerschaltung 88 und ähnliches. Der Steuerlogikabschnitt 27 empfängt das Steuersignal S1 von der Eingangsschnittstelle 22, die ersten und zweiten Abnorm-Stromsignale OC, FC von dem Stromdetektor 24 und das Abnorm-Temperatursignal OT von dem Überhitzungsdetektor 25, wie es oben beschrieben ist.
a. Oszillator und Rücksetzsignalgenerator
Der Oszillator 74 erzeugt und gibt zwei Taktsignale in unterschiedlichen Perioden, d. h. ein Taktsignal CLK1 (in beispielsweise einer Periode von 125 Mikrosekunden) und ein Taktsignal CLK2 (in beispielsweise einer Periode von 4 Millisekunden) aus. Der Rücksetzsignalgenerator 75 erzeugt eine konstante Spannung, die für den Betrieb des internen Massegenerators 23 und des vorliegenden Steuerlogikabschnitts 27 ausreichend ist. Außerdem gibt er ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels (d. h. ein Rücksetzsignal) aus, wenn nicht und bis eine Takterzeugung des Oszillators 74 stabilisiert ist. Wenn die Takterzeugung stabilisiert ist, wird ein Ausgangssignal RST eines hohen Pegels ausgegeben.
b. Ausschaltdauerzähler
Wenn mindestens ein erstes Abnorm-Stromsignal OC eines niedrigen Pegels von dem Stromdetektor 24 oder ein Abnorm-Temperatursignal OT eines niedrigen Pegels von dem Überhitzungsdetektor 25 empfangen wird, führt der Ausschaltdauerzähler 71 (d. h. ein Beispiel einer ”Überstromschutzschaltung”) erzwungenermaßen einen Ausschaltbetrieb (d. h. ein Beispiel eines ”ersten Ausschaltbetriebs für ein Halbleiterschaltelement, der aufgrund einer durchgeführten Überstromschutzfunktion durchgeführt wird” und eines ”ersten Ausschaltbetriebs für ein Halbleiterschaltelement, der durch eine Überstromschutzschaltung durchgeführt wird”) für den Leistungs-MOSFET 14 für eine vorbestimmte erste Bezugszeitdauer (d. h. eine Zeitdauer, die dem Herunterzählen von dem Zählwert ”n” bis auf ”0”, insbesondere 32 Millisekunden entspricht) durch, und danach wird der erzwungene Ausschaltzustand freigegeben. In der vorliegenden Ausführungsform meint ”erzwungenes Ausschalten”, dass der Leistungs-MOSFET 14 erzwungenermaßen ausgeschaltet wird, obwohl die Energieversorgungssteuerung 10 ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) empfängt.
Insbesondere zählt der Ausschaltdauerzähler 71 von dem Anfangswert n auf Null synchron zu der Taktung des Taktsignals CLK2 abwärts. Das Ausgangssignal RST von dem Rücksetzsignalgenerator 75 wird invertiert und in den Rücksetzanschluss des Ausschaltdauerzählers 71 eingegeben. Sämtliche der n Zähler werden auf ”0” zurückgesetzt (so dass der Zählwert auf den Anfangswert ”n” eingestellt wird), während das Ausgangssignal RST einen niedrigen Pegel aufweist. Der Rücksetzzustand wird freigegeben, wenn das Ausgangssignal RST zu einem hohen Pegel wechselt. Der Ausschaltdauerzähler 71 gibt ein Ausgangssignal S5 eines niedrigen Pegels aus, wenn sämtliche der n Zähler gleich ”0” sind (d. h. während des Rücksetzzustands oder wenn der Zählwert übergeflossen ist). Ansonsten gibt er ein Ausgangssignal S5 eines hohen Pegels zum Durchführen eines erzwungenen Ausschaltbetriebs des Leistungs-MOSFET 14 aus.
Ein Ausgangssignal von einer UND-Schaltung 76, in die ein erstes Abnorm-Stromsignal OC und ein Abnorm-Temperatursignal OT eingegeben werden, wird invertiert und in den Setzanschluss des Ausschaltdauerzählers 71 eingegeben. Der Ausschaltdauerzähler 71 setzt sämtliche der n Zähler auf ”1”, wenn ein erstes Abnorm-Stromsignal OC eines niedrigen Pegels aufgrund des Auftretens eines Überstromes oder ein Abnorm-Temperatursignal OT eines niedrigen Pegels aufgrund einer Temperaturanomalie empfangen wird. Dann gibt der Ausschaltdauerzähler 71 ein Ausgangssignal S5 eines hohen Pegels aus, und dadurch validiert eine UND-Schaltung 77 das Taktsignal CLK2 von dem Oszillator 74, so dass ein Abwärtszählbetrieb synchron zu der Taktung gestartet wird. Der Ausschaltdauerzähler 71 führt den Abwärtszählbetrieb entsprechend den fallenden Flanken der Taktung durch.
Nach dem Start des Abwärtszählens gibt der Ausschaltdauerzähler 71 ein Ausgangssignal S5 eines hohen Pegels aus, wenn nicht und bis das Abwärtszählen auf ”0” beendet ist, was zu einem Überfließen führt. Dadurch wird das Taktsignal CLK2 durch die UND-Schaltung 77 validiert, so dass es in den Taktanschluss des Ausschaltdauerzählers 71 eingegeben wird. Zu dem Zeitpunkt stellt eine ODER-Schaltung 78 dem Gatetreiber 28 ein Ausgangssignal Inhibit eines niedrigen Pegels als Reaktion auf das Ausgangssignal S5 eines hohen Pegels bereit, so dass ein erzwungener Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt wird.
Im Gegensatz dazu gibt der Ausschaltdauerzähler 71 ein Ausgangssignal S5 eines niedrigen Pegels aus, wenn das Abwärtszählen auf ”0” beendet ist, was zu einem Überfließen führt. Dann wird die Eingabe des Taktsignals CLK2 durch die UND-Schaltung 77 verhindert. Zu dem Zeitpunkt stellt die ODER-Schaltung 78 dem Gatetreiber 28 ein Ausgangssignal Inhibit eines hohen Pegels als Reaktion auf das Ausgangssignal 55 eines niedrigen Pegels bereit, so dass der erzwungene Ausschaltzustand des Leistungs-MOSFET 14 freigegeben wird. Dadurch wird der leitende Zustand des Leistungs-MOSFET 14 wieder hergestellt, wenn die Energieversorgungssteuerung 10 ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) empfängt.
Wie es oben beschrieben wurde, initiiert der Ausschaltdauerzähler 71 unmittelbar einen erzwungenen Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 14, wann immer beispielsweise der Stromdetektor 24 ein erstes Abnorm-Stromsignal OC eines niedrigen Pegels als Reaktion auf einen Überstromzustand ausgibt, und gibt den erzwungenen Ausschaltbetrieb frei, wenn das Abwärtszählen von n beendet ist, wie es in 10 gezeigt ist (siehe ”OC-Hackstufe”). Im Folgenden wird dieses erzwungene Ausschalten, von dem der Leistungs-MOSFET 14 durch den Ausschaltdauerzähler 71 wieder in den leitenden Zustand gebracht wird, wenn eine vorbestimmte erste Bezugszeitdauer verstrichen ist, als ”erstes erzwungenes Ausschalten” bezeichnet.
c. Schmelzzeitzähler
Der Schmelzzeitzähler 73 (d. h. ein Beispiel einer ”Zeitakkumulationsschaltung” und einer ”Anomaliezeitakkumulationsschaltung”) akkumuliert eine Anomaliezeit (im Folgenden als eine ”Schmelzzeit” bezeichnet), während der ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines niedrigen Pegels von dem Stromdetektor 24 empfangen oder ein erzwungenes Ausschalten des Leistungs-MOSFET 14 durch den Ausschaltdauerzähler 71 durchgeführt wird. Ein erzwungener Ausschaltbetrieb (d. h. ein Beispiel eines ”zweiten Ausschaltbetriebs für ein Halbleiterschaltelement, der durchgeführt wird, wenn eine akkumulierte Zeit eine dritte Bezugszeit erreicht”) wird für den Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt, wenn die akkumulierte Zeit eine vorbestimmte Bezugsschmelzzeit (die größer als die erste Bezugszeit ist und dem Zählen von ”0” bis ”m (> n)” entspricht, und die insbesondere 1024 Millisekunden beträgt und ein Beispiel einer ”dritten Bezugszeit” ist) erreicht.
Insbesondere zählt der Schmelzzeitzähler 73 von dem Anfangswert 0 bis m synchron zu der Taktung des Taktsignals CLK1. Der Schmelzzeitzähler 73 führt das Zählen entsprechend den abfallenden Flanken der Taktung durch. Genauer gesagt gibt der Schmelzzeitzähler 73 ein Ausgangssignal S6 eines niedrigen Pegels während des Abwärtszählbetriebs aus, und gibt ein Ausgangssignal S6 eines hohen Pegels (d. h. ein Ausschaltsignal) aus, wenn das Zählen bis ”m” beendet ist, was zu einem Überfließen führt. Das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals 36 des Schmelzzeitzählers 73 und ein Ausgangssignal einer NICHT-UND-Schaltung 80 werden in eine UND-Schaltung 79 eingegeben, die zum Validieren des Taktsignals CLK1 von dem Oszillator 74 vorgesehen ist. Die NICHT-UND-Schaltung 80 gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines niedrigen Pegels oder ein Signal eines niedrigen Pegels, das durch Pegelumkehrung eines Ausgangssignals S5 eines hohen Pegels, das ausgegeben wird, wenn der Ausschaltdauerzähler 71 den Abwärtszählbetrieb durchführt, erzeugt wird, empfangen wird.
Daher validiert die UND-Schaltung 79, wenn ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines niedrigen Pegels ausgegeben wird oder der Ausschaltdauerzähler 71 den Herunterzählbetrieb durchführt, das Taktsignal CLK1, so dass der Schmelzzeitzähler 73 mit dem Abwärtszählbetrieb fortschreitet, bis er überfließt. Wenn der Schmelzzeitzähler 73 das Zählen bis ”m” beendet, was zu einem Überfließen führt, gibt er danach ein Ausgangssignal 36 eines hohen Pegels aus. Zu dieser Zeit stellt die ODER-Schaltung 78 dem Gatetreiber 28 ein Ausgangssignal Inhibit eines niedrigen Pegels als Reaktion auf das Ausgangssignal 36 eines hohen Pegels bereit, so dass ein erzwungener Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt wird. Im Folgenden wird dieses erzwungene Ausschalten aufgrund eines Überfließens des Schmelzzeitzählers 73 als ”zweites erzwungenes Ausschalten” bezeichnet. Dann wird der Überfließzustand des Schmelzzeitzählers 73 aufrechterhalten, da die Eingabe des Taktsignals CLK1 aufgrund des Ausgangssignals S6 eines hohen Pegels verhindert wird. Somit dient der Schmelzzeitzählers 73 auch als eine Ausgangs-Latch-Schaltung.
Der Zählwert des Schmelzzeitzählers 73 wird in jedem der folgenden Fälle auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt:

(1) Ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels wird von dem Rücksetzsignalgenerator 75 (für einen Rücksetzzustand) ausgegeben;
(2) (mit der Ausnahme, wenn der Schmelzzeitzähler 73 übergeflossen ist) ein Ausgangssignal S2 eines hohen Pegels (d. h. ein Beispiel eines ”Löschsignals”) wurde von dem Löschzähler 72 ausgegeben (d. h. der Löschzähler 72 ist übergeflossen); und
(3) (mit der Ausnahme, wenn die akkumulierte Zeit als die Schmelzzeit eine Rücksetzfreigabezeit erreicht hat) ein Schmelzstrom wird ohne Überfliegen der Anzahlzählerschaltung 88, die unten beschrieben wird, beseitigt, so dass ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines hohen Pegels empfangen wird. Diese Rücksetzbedingung (3) wird später beschrieben.

Insbesondere werden das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals S2 von dem Löschzähler 72 und ein Ausgangssignal S6 des Schmelzzeitzählers 73 in eine ODER-Schaltung 81 eingegeben. Ein Ausgangssignal der ODER-Schaltung 81 und ein Ausgangssignal RST des Rücksetzsignalgenerators 75 werden in eine UND-Schaltung 82 eingegeben. Ein Ausgangssignal von dieser wird im Pegel invertiert und in den Rücksetzanschluss des Schmelzzeitzählers 73 eingegeben. Dadurch wird der Zählwert des Schmelzzeitzählers 73 konsistent auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt, wenn ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels von dem Rücksetzsignalgenerator 75 ausgegeben wird. Ein Ausgangssignal von einer NICHT-UND-Schaltung 102 wird ebenfalls in die UND-Schaltung 82 eingegeben, wie es unten beschrieben ist.
Andererseits wird, während ein Ausgangssignal RST eines hohen Pegels von dem Rücksetzsignalgenerator 75 ausgegeben wird, der Zählwert als Reaktion auf ein Ausgangssignal S2 eines hohen Pegels von dem Löschzähler 72 auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt, wenn der Schmelzzeitzähler 73 nicht übergeflossen ist. Wenn im Gegensatz dazu der Schmelzzeitzähler 73 übergeflossen ist, wird dessen Zählwert sogar dann nicht zurückgesetzt, wenn ein Ausgangssignal S2 eines hohen Pegels von dem Löschzähler 72 ausgegeben wird, so dass der zweite erzwungene Ausschaltzustand aufrechterhalten wird.
Wie es in 7 gezeigt ist, gibt der Schmelzzeitzähler 73 ein Signal entsprechend der akkumulierten Zeit (d. h. dem Zählwert), die durch den Aufwärtszählbetrieb akkumuliert wird, aus, oder er gibt insbesondere aufeinanderfolgend Bitsignale ”bit0” bis ”bit5” eines niedrigen Pegels aus. Dadurch werden FETs 61a bis 61f aufeinanderfolgend und wahlweise eingeschaltet, so dass der Schwellenspannungsgenerator 52 die erste Anomalieschwellenspannung Voc (und den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc) schrittweise im Verlaufe der Zeit entsprechend der akkumulierten Zeit verringert. Die akkumulierte Zeit zu dem Zeitpunkt eines Bitsignals bit5, die ausgegeben wird, ist ein Beispiel einer ”Rücksetzfreigabezeit” (die kürzer als die Bezugsschmelzzeit ist und beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform 16 Millisekunden beträgt). Wie es in 5 gezeigt ist, wird die Rücksetzfreigabezeit auf der Grundlage der Zeit, um die sich die Selbstzerstörungskennlinie L2 in einen sanften Bereich ändert, eingestellt.
d. Löschzähler
Der Löschzähler 72 (d. h. ein Beispiel einer ”Normaldauerakkumulationsschaltung” und einer ”Anzahlrücksetzschaltung”) setzt hauptsächlich die akkumulierte Zeit (d. h. den Zählwert) des Schmelzzeitzählers 73 auf den Anfangswert ”0” zurück, wenn ein normaler Zustand, in dem weder eine Stromanomalie noch eine Temperaturanomalie erfasst wird, eine vorbestimmte zweite Bezugszeitdauer (die dem Herabzählen von ”0” bis ”q” entspricht, oder die genauer gesagt 512 Millisekunden entspricht) angedauert hat, ohne dass ein Überfließen nach dem Beginn des Zählens durch den Schmelzzeitzähler 73 erreicht wurde. Insbesondere zählt der Löschzähler 73 von dem Anfangswert ”0” bis ”q (n)” synchron zu der Taktung des Taktsignals CLK2. Der Löschzähler 72 führt das Zählen entsprechend den aufsteigenden Flanken der Taktung durch. Die zweite Bezugszeit wird auf der Grundlage der Zeit bestimmt, die beispielsweise zum Beseitigen des Überhitzungszustands der Last und ähnlichem nach der Beseitigung eines Schmelzstromes oder eines Überstromzustandes benötigt wird.
Der Zählwert des Löschzählers 72 wird auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt, wenn der Rücksetzsignalgenerator 75 ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels (für einen Rücksetzzustand) ausgibt. Er wird ebenfalls zurückgesetzt, wenn ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines niedrigen Pegels von dem Stromdetektor 24 empfangen wird oder ein erzwungenes Ausschalten des Leistungs-MOSFET 14 durch den Ausschaltdauerzähler 71 durchgeführt wird, wenn der Schmelzzeitzähler 73 nach dem Start seines Aufwärtszählbetriebs nicht übergeflossen ist. Andererseits wird nach dem Überfließen des Schmelzzeitzählers 73 ein Rücksetzen als Reaktion auf ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) durchgeführt.
Insbesondere empfängt der Löschzähler 72 direkt das Taktsignal CLK2 von dem Oszillator 74 und gibt normalerweise ein Ausgangssignal S2 eines niedrigen Pegels aus. Wenn das Zählen bis ”q” beendet ist, was zu einem Überfließen führt, wird beispielsweise ein Ausgangssignal S2 eines hohen Pegels während einer Taktperiode ausgegeben. Ein Ausgangssignal RST von dem Rücksetzsignalgenerator 75 wird in eine UND-Schaltung 83 eingegeben, und deren Ausgangssignal wird im Pegel invertiert und an den Rücksetzanschluss des Löschzählers 72 angelegt. Dadurch wird der Zählwert auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt, wenn der Rücksetzsignalgenerator 75 ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels ausgibt.
Ein Ausgangssignal von einer UND-Schaltung 84 wird in die UND-Schaltung 83 eingegeben. Ein Ausgangssignal von einer ODER-Schaltung 85 und ein Ausgangssignal von einer NICHT-UND-Schaltung 86 werden in die UND-Schaltung 84 eingegeben. Ein Ausgangssignal von der UND-Schaltung 87 und ein Ausgangssignal S6 von dem Schmelzzeitzähler 73 werden in die ODER-Schaltung 85 eingegeben. Ein zweites Abnorm-Stromsignal FC und das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals S5 des Ausschaltdauerzählers 71 werden in die UND-Schaltung 87 eingegeben. Gemäß dieser Konstruktion wird, wenn der Schmelzzeitzähler 73 nach dem Start eines Aufwärtszählbetriebs nicht übergeflossen ist, der Zählwert des Löschzählers 72 zurückgesetzt, wenn ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines niedrigen Pegels aufgrund eines Schmelzstromes empfangen wird oder wenn ein erzwungenes Ausschalten des Leistungs-MOSFET 14 durch den Ausschaltzeitzähler 71, wie es oben beschrieben ist, durchgeführt wird.
Ein Ausgangssignal SO des Schmelzzeitzählers 73 und das im Pegel invertierte Signal eines Steuersignals S1 werden in die NICHT-UND-Schaltung 86 eingegeben. Dadurch wird der Löschzähler 72 zurückgesetzt, wenn ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) nach dem Überfließen des Schmelzzeitzählers 73 empfangen wird, wie es oben beschrieben ist.
e. Anzahlzähler
Die Anzahlzählerschaltung 88 (d. h. ein Beispiel einer ”Schwellenwertinitialisierungsschaltung”) führt hauptsächlich einen Initialisierungsbetrieb zum Wiederherstellen der ersten Anomalieschwellenspannung Voc (und des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc), der stufenweise im Verlaufe der Zeit verringert wurde, auf den Anfangspegel durch, wenn ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines hohen Pegels aufgrund der Beseitigung eines Schmelzstromes empfangen wird, nachdem ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines niedrigen Pegels aufgrund des Schmelzstromes empfangen wurde. Der Initialisierungsbetrieb wird x-Mal (d. h. ein Beispiel einer ”vorbestimmten Anzahl von Malen”, beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform sieben Mal) maximal durchgeführt.
Insbesondere zählt die Anzahlzählerschaltung 88 die Häufigkeit der Eingabe eines zweiten Abnorm-Stromsignals FC eines niedrigen Pegels in den Steuerlogikabschnitt 27 bis zu beispielsweise y (= X + 1). Die Anzahlzählerschaltung gibt ein Ausgangssignal S7 eines niedrigen Pegels aus, wenn nicht und bis ein Überfließen erreicht ist, und gibt ein Ausgangssignal S7 eines hohen Pegels aus, wenn er nicht übergeflossen ist. Ein Ausgang einer UND-Schaltung 89 wird im Pegel invertiert und in die Anzahlzählerschaltung 88 eingegeben. Ein zweites Abnorm-Stromsignal FC und das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals S7 der Anzahlzählerschaltung 88 werden in die UND-Schaltung 89 eingegeben. Ein zweites Abnorm-Stromssignal FC, das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals 87 der Anzahlzählerschaltung 88 und ein Bitsignal bit5, das oben beschrieben wurde, werden in die NICHT-UND-Schaltung 102 eingegeben. Ein Ausgangssignal der NICHT-UND-Schaltung 102 wird in die UND-Schaltung 82, die oben beschrieben wurde, eingegeben.
Gemäß dieser Konstruktion inkrementiert die Anzahlzählerschaltung 88, wenn ein Bitsignal bit5 eines hohen Pegels von dem Schmelzzeitzähler 73 empfangen wird (d. h. wenn nicht und bis die akkumulierte Zeit des Schmelzzeitzählers 73 die Rücksetzfreigabezeit erreicht), ihren Zählwert jeweils um 1 zu Zeitpunkten, zu denen ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines niedrigen Pegels in die UND-Schaltung 89 eingegeben wird, wenn ihr Zählwert nicht übergeflossen ist. Zu diesem Zeitpunkt werden ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines niedrigen Pegels, ein Signal eines hohen Pegels, das durch Pegelumkehr eines Ausgangssignals S7 der Anzahlzählerschaltung 88 erzeugt wird, und das Bitsignal ”bit5” eines hohen Pegels in die NICHT-UND-Schaltung 102 eingegeben.
Wenn ein zweites Abnorm-Stromsignal FC eines hohen Pegels aufgrund der Beseitigung eines Schmelzstromes eingegeben wird, wird ein Ausgangssignal eines niedrigen Pegels von der NICHT-UND-Schaltung 102 in die UND-Schaltung 82 eingegeben, so dass die akkumulierte Zeit (d. h. der Zählwert) des Schmelzzeitzählers 73 auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt wird (aufgrund der obigen Rücksetzbedingung (3), die unter ”c. Schmelzzeitzähler” beschrieben ist). Somit wird der Initialisierungsbetrieb zum Wiederherstellen der ersten Anomalieschwellenspannung Voc (und des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc) auf den Anfangswert durchgeführt.
Wenn andererseits der Zählwert der Anzahlzählerschaltung 88 übergeflossen ist, wird ein Signal eines niedrigen Pegels, das durch Pegelumkehr eines Ausgangssignals S7 der Anzahlzählerschaltung 88 erzeugt wird, in die NICHT-UND-Schaltung 102 eingegeben. Dadurch wird ein Ausgangssignal eines hohen Pegels von der NICHT-UND-Schaltung 102 in die UND-Schaltung 82 unabhängig davon eingegeben, ob das zweite Abnorm-Stromsignal FC und das Bitsignal ”bit5” auf einem hohen Pegel oder einem niedrigen Pegel liegen. Dann kann das Rücksetzen der akkumulierten Zeit des Schmelzzeitzählers 73 durch die Anzahlzählerschaltung 88, d. h. der Initialisierungsbetrieb nicht durchgeführt werden.
Wenn außerdem ein Bitsignal bit5 eines niedrigen Pegels von dem Schmelzzeitzähler 73 empfangen wird (d. h. wenn die akkumulierte Zeit des Schmelzzeitzählers 73 die Rücksetzfreigabezeit erreicht), wird ein Ausgangssignal eines hohen Pegels von der NICHT-UND-Schaltung 102 in die UND-Schaltung 82 unabhängig davon eingegeben, ob das zweite Abnorm-Stromsignal FC und das im Pegel invertierte Signal des Ausgangssignals S7 der Anzahlzählerschaltung 88 auf einem hohen Pegel oder einem niedrigen Pegel liegen. Dann kann ein Rücksetzen der akkumulierten Zeit des Schmelzzeitzählers 73 durch die Anzahlzählerschaltung 88, d. h. der Initialisierungsbetrieb sogar dann nicht durchgeführt werden, wenn der Zählwert der Anzahlzählerschaltung 88 nicht übergeflossen ist. Somit dienen die Anzahlzählerschaltung 88 und die NICHT-UND-Schaltung 102 als eine ”Rücksetzsperrschaltung”.
Das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals von einer UND-Schaltung 103 wird in den Rücksetzanschluss der Anzahlzählerschaltung 88 eingegeben. Das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals S2 von dem Löschzähler 72 und ein Ausgangssignal RST von dem Rücksetzsignalgenerator 75 werden in die UND-Schaltung 103 eingegeben. Gemäß dieser Konstruktion wird der Zählwert der Anzahlzählerschaltung 88 auf Null zurückgesetzt, während der Rücksetzsignalgenerator 75 ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels (d. h. ein Rücksetzsignal) ausgibt. Andererseits wird während eines Ausgangssignals RST eines hohen Pegels, das von dem Rücksetzsignalgenerator 75 ausgegeben wird, der Zählwert der Anzahlzählerschaltung 88 auf Null zurückgesetzt, wenn der Löschzähler 72 ein Ausgangssignal S2 eines hohen Pegels (d. h. ein Löschsignal) aufgrund seines Überfließens ausgibt. Somit dient der Löschzähler 72 als eine ”Anzahlrücksetzschaltung” und eine ”Normaldauerakkumulationsschaltung”.
(Gatetreiber)
8 ist ein schematisches Diagramm, das die Konstruktion des Gatetreibers 28 zeigt. In den Gatetreiber 28 werden das Steuersignal S1, das zweite Abnorm-Stromsignal FC und das Ausgangssignal Inhibit des Steuerlogikabschnitts 27 eingegeben. Der Gatetreiber 28 enthält eine Ladungspumpe 90, die zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und die Gateanschlüsse des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 (in der Figur weggelassen) geschaltet ist, und enthält außerdem einen Normal-Entladungs-FET 91, der zwischen die Gateanschlüsse und die Sourceanschlüsse des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist. Weiterhin enthält der Gatetreiber 28 einen Eil-Ladungs-FET 92 und eine Diode 93, die zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und die Gateanschlüsse des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet sind, und enthält außerdem einen Eil-Entladungs-FET 94, der zwischen die Gateanschlüsse und die Sourceanschlüsse des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist.
In einem normalen Zustand, in dem weder eine Stromanomalie noch eine Temperaturanomalie aufgetreten ist, wird die Ladungspumpe 90 allein als Reaktion auf ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) betrieben, um eine höhere Spannung, die von der Energieversorgungsspannung Vcc erzeugt wird, jeweils zwischen dem Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 anzulegen. Somit wird ein normaler Ladungsbetrieb durchgeführt (siehe 9A), um den Leistungs-MOSFET und den Erfassungs-MOSFET einzuschalten, was zu einem leitenden Zustand führt. Andererseits unterbricht die Ladungspumpe 90 das Erzeugen einer höheren Spannung als Reaktion auf ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels (AUS-Signal), während der Normal-Entladungs-FET 91 allein eingeschaltet ist, so dass die Ladung zwischen dem Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 freigesetzt wird. Somit wird ein normaler Entladungsbetrieb oder ein Ausschaltbetrieb durchgeführt (siehe 9B).
Im Gegensatz dazu werden, wenn ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) während des Empfangs eines zweiten Abnorm-Stromsignals FC eines niedrigen Pegels empfangen wird, die Ladungspumpe 90 und der Eil-Ladungs-FET 92 eingeschaltet, so dass sich die Spannung schnell auf die Energieversorgungsspannung Vcc erhöht. Somit wird ein schneller Ladebetrieb durchgeführt (siehe 9A). Wenn ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels (AUS-Signal) während des Empfangs eines zweiten Abnorm-Stromsignals FC eines niedrigen Pegels empfangen wird, werden der Eil-Entladungs-FET 94 ebenso wie der Normal-Entladungs-FET 91 eingeschaltet, so dass die Ladung zwischen dem Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 schnell freigesetzt wird. Somit wird ein schneller Entladebetrieb, d. h. ein Ausschaltbetrieb durchgeführt (siehe 9B).
Der Gatetreiber 28 führt ebenfalls den schnellen Entladebetrieb durch, wenn ein Ausgangssignal Inhibit eines niedrigen Pegels empfangen wird (d. h. wenn das erste oder zweite erzwungene Ausschalten durchgeführt werden sollte).
<Betrieb und Wirkung der vorliegenden Ausführungsform>

(In dem Fall eines Einschaltstromstoßes, der den sich zeitweilig ändernden ersten Anomalieschwellenstrom ILoc nicht überschreiten wird)

10 ist ein Zeitdiagramm, das den Fall betrifft, bei dem die Energieversorgungssteuerung 10 ein konstantes Spannungssignal eines niedrigen Pegels als ein Steuersignal S1 empfängt. Als Reaktion auf das Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels erzeugt der interne Massegenerator 23 die interne Masse GND2. Wenn die interne Masse GND2 stabilisiert ist, gibt der Rücksetzsignalgenerator 75 ein Ausgangssignal RST eines hohen Pegels aus, so dass der Rücksetzzustand jedes der Zähler 71–73, 88 freigegeben wird.
Das Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels wird an den Gatetreiber 28 angelegt, und dadurch werden der Leistungs-MOSFET 14 und ähnliches eingeschaltet, was zu einem leitenden Zustand führt. Dann fließt ein Einschaltstromstoß, der größer als der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc ist, in den Leistungs-MOSFET 14. Es kann jedoch ein erster erzwungener Ausschaltbetrieb aufgrund des Einschaltstromstoßes für den Leistungs-MOSFET 14 und ähnlichem verhindert werden, da der Anfangspegel des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc größer als der Einschaltstromstoß ist.
Der Schmelzzeitzähler 73 beginnt mit einem Aufwärtszählbetrieb, da der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc aufgrund des Auftretens des Einschaltstromstoßes überschreitet. Der Zählwert wird inkrementiert, bis der Laststrom IL auf unterhalb des zweiten Anomalieschwellenstromes ILfc abfällt, und während dieser Zeit wird der erste Anomalieschwellenstrom ILoc im Verlaufe der Zeit verringert. In der vorliegenden Ausführungsform inkrementiert die Anzahlzählerschaltung 88 ihren Zählwert um Eins zu dem Zeitpunkt, zu dem der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc überschreitet.
Danach wird die akkumulierte Zeit des Schmelzzeitzählers 73 zurückgesetzt, wenn der Laststrom IL auf unterhalb des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc abfällt, so dass der Initialisierungsbetrieb zum Wiederherstellen des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc auf den Anfangspegel durchgeführt wird. Wenn ein normaler Zustand (siehe ”normaler Zustand” in 10), bei dem der Laststrom IL kleiner als der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc ist, für eine zweite Bezugszeitdauer andauert, fließt der Löschzähler 72 über, und der Zählwert der Anzahlzählerschaltung 88 wird zurückgesetzt.
In dem Fall einer Konstruktion, bei der ein anderes Halbleiterschaltelement an der Energieversorgungsleitung 13 an der Stromabseite (der Seite der Last 11) des Leistungs-MOSFET 14 vorgesehen und wiederholt zwischen ein und aus in vorbestimmten Zeitintervallen (gleich oder länger als die zweite Bezugszeit) geschaltet wird, während beispielsweise der Leistungs-MOSFET 14 eingeschaltet gehalten wird, kann wiederholt ein Einschaltstromstoß auftreten. Sogar in diesem Fall kann ein erster erzwungener Ausschaltbetrieb aufgrund des Einschaltstromstoßes für den Leistungs-MOSFET 14 und ähnlichem verhindert werden, da der erste Anomalieschwellenstrom ILoc wieder auf den Anfangspegel gesetzt wird, wann immer der Einschaltstromstoß auftritt.
In dem Fall, in dem eine Stromanomalie aufgrund eines Kurzschlusses in der Last 11 oder ähnlichem auftritt, beginnt der Aufwärtszählbetrieb durch den Schmelzzeitzähler 73 von dem Anfangswert, wenn der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc überschreitet. Dann wird der erste Anomalieschwellenstrom ILoc erneut im Verlaufe der Zeit verringert und der Zählwert der Anzahlzählerschaltung 88 wird um Eins inkrementiert. Wenn der Laststrom IL während dieser Anomalie den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc überschreitet, wird ein erster erzwungener Ausschaltbetrieb für den Leistungs-MOSFET 14 und ähnlichem durchgeführt. Dadurch wird der Laststrom IL auf unterhalb des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc abfallen, und zu diesem Zeitpunkt wird der Initialisierungsbetrieb durchgeführt.
Wenn der Ausschaltzähler 73 nach der Initialisierung des ersten erzwungenen Ausschaltbetriebs übergeflossen ist (d. h. wenn eine erste Bezugszeit verstrichen ist), werden der Leistungs-MOSFET 14 und ähnliches wieder in den leitenden Zustand gebracht. Solange wie der Stromanomaliezustand andauert, werden der erste erzwungene Ausschaltbetrieb und die Wiederherstellung des leitenden Zustands wiederholt (siehe ”OC-Hackstufe” in 10). In dieser Stufe wird, wenn die Wiederholungszahl des Initialisierungsbetriebs Sieben erreicht (d. h. wenn die Anzahlzählerschaltung 88 das Zählen bis Acht nicht beendet), die akkumulierte Zeit des Schmelzzeitzählers 73 zurückgesetzt, und der erste Anomalieschwellenstrom ILoc wird wieder auf den Anfangspegel eingestellt, wann immer der Initialisierungsbetrieb durchgeführt wird.
Nachdem die Wiederholungszahl des Initialisierungsbetriebs Sieben erreicht hat (d. h. nachdem die Anzahlzählerschaltung 88 das Zählen bis Acht beendet hat), wird der Initialisierungsbetrieb gesperrt, so dass das OC-Hacken gemäß dem ersten Anomalieschwellenstrom ILoc des niedrigsten Pegels, der durch Verringern dieses im Verlaufe der Zeit erhalten wurde, durchgeführt werden kann. Dann kann ein Überstrom auf der Grundlage des ersten Schwellenstroms ILoc des niedrigsten Pegels erfasst werden. Wenn der Überstrom oder ein Schmelzstromzustand andauert, was zu einem Überfließen des Schmelzzeitzählers 73 führt, wird ein zweiter erzwungener Ausschaltbetrieb für den Leistungs-MOSFET 14 und ähnlichem durchgeführt.
Man beachte, dass der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc auf einen Pegel eingestellt wird, der etwas größer als der Nennstrom ILmax der Last 11 ist. Die Bezugsschmelzzeit wird auf eine Zeit eingestellt, die kürzer als die Zeit ist, die es dauert, bis der elektrische Draht 30 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 verseilten Drähte des elektrischen Drahtes 30 in Intervallen, die kürzer als die zweite Bezugszeit sind, aufgrund eines Kurzschlusses in dem Teil der verseilten Drähte auftritt, erfasst werden, ohne dass der elektrische Draht 30 Rauch abgibt erreicht, so dass der zweite erzwungene Ausschaltbetrieb für den Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt werden kann.
In einem Haltezustand, in dem das zweite erzwungene Ausschalten aufrechterhalten wird, wird der Löschzähler 72 zurückgesetzt, während ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels empfangen wird, um ein Ausgangssignal S2 eines niedrigen Pegels auszugeben. Daher kann der Zählwert des Schmelzzeitzählers 73 nicht zurückgesetzt werden, solange wie ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels eingegeben wird (siehe ”Latch-Zustand” in der Figur). Wenn die Energieversorgungssteuerung 10 ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels (AUS-Signal) empfängt, beginnt der Löschzähler 72 mit einem Aufwärtszählbetrieb.
Dann schaltet sich der FET 41 in dem internen Massegenerator 23 als Reaktion auf das Steuersignal S1 eines hohen Pegels aus, während der FET 42 aufgrund eines Ausgangssignals S2 eines niedrigen Pegels eingeschaltet bleibt, so dass der leitende Zustand aufrechterhalten wird. Daher kann beispielsweise sogar in dem Fall, in dem der Fahrer eines Fahrzeugs einen Betrieb nach der Initiierung des zweiten erzwungenen Ausschaltens durchführt, so dass ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels (AUS-Signal) eingegeben wird, und unmittelbar danach ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) eingegeben wird, der zweite erzwungene Ausschaltzustand aufrechterhalten werden, wenn das Zeitintervall dazwischen kürzer als die zweite Bezugszeit ist.
Wenn andererseits ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels (AUS-Signal) in den Eingangsanschluss P1 kontinuierlich während einer zweiten Bezugszeitdauer eingegeben wird, fließt der Löschzähler 72 über, so dass ein Ausgangssignal S2 eines hohen Pegels an den internen Massegenerator 23 angelegt wird. Dann wird dessen Betrieb beendet. Dadurch kann eine Verringerung der Ladungsmenge der Energiequelle 12 (z. B. einer Fahrzeugbatterie) aufgrund eines Dunkelstromes, der von der Energiequelle 12 über den internen Massegenerator 23 in die Masse fließt, verhindert werden. Zu dem Zeitpunkt gibt der Rücksetzsignalgenerator 75 ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels aus, so dass der Zählwert jedes der Zähler 71 bis 73, 88 zurückgesetzt wird. Als Reaktion auf das Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels schaltet sich ein FET 101 aus, so dass eine Hochpegelhalteschaltung 100 betrieben wird. Dadurch wird das Ausgangssignal S2 auf einem hohen Pegel fixiert, und daher wird die Erzeugung der internen Masse GND2 durch den internen Massegenerator 23 weiterhin gesperrt, obwohl der Zählwert des Löschzählers 72 zurückgesetzt wird.

(In dem Fall eines Einschaltstromstoßes, der den sich zeitweilig ändernden ersten Anomalieschwellenstrom ILoc überschreiten wird)

Um eine Selbstzerstörung des Leistungs-MOSFET 14 zu verhindern, sollte der Pegel des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc, der sich im Verlaufe der Zeit ändert, auf Werte innerhalb des Bereiches eingestellt werden, in dem ein Strompegel niedriger als die Selbstzerstörungskennlinie L2 ist, und zwar für einen Zeitbereich, der der Bezugsschmelzzeit entspricht, wie es oben beschrieben ist. Außerdem sollte der Anfangspegel des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc derart eingestellt werden, dass er so hoch wie möglich ist, damit ein erzwungenes Ausschalten aufgrund eines Einschaltstromstoßes des höchsten Pegels verhindert wird. Um diesen Anforderungen zu genügen, wird in der vorliegenden Ausführungsform der erste Anomalieschwellenstrom ILoc auf einen Pegel so nahe wie möglich bei der Selbstzerstörungskennlinie L2 für einen Zeitbereich eingestellt, der der Bezugsschmelzzeit entspricht, so dass er sich entlang der Selbstzerstörungskennlinie L2 im Verlaufe der Zeit ändert, wie es in 5 gezeigt ist.
Es kann jedoch ein Einschaltstromstoß, der sich gradueller als in der Entwicklungsphase angenommen ändert, d. h. als derjenige, der in 5 gezeigt ist, auftreten, wenn der Lastwiderstand während des Startens der Last aus irgendwelchen Gründen hoch ist oder wenn beispielsweise Teile Änderungen aufgrund der Herstellung erfahren. Insbesondere kann sich in dem Fall, in dem die Last 11 beispielsweise ein Motor für einen Lüfter oder einen Wischer ist, der Einschaltstromstoß graduell im Verlaufe der Zeit ändern (d. h. die Zeitkonstante kann groß sein), wenn sich Schnee ansammelt oder Eis auf dem Lüfter oder dem Wischer ausbildet, was zu einem hohen Lastwiderstand führt.
In diesem Fall kann, wie es in 11 gezeigt ist, beispielsweise der Einschaltstromstoß, der aufgetreten ist, den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc, der im Verlaufe der Zeit stufenweise verringert wurde, überschreiten. Dann wird ein erster erzwungener Ausschaltbetrieb für den Leistungs-MOSFET 14 sogar in der Energieversorgungssteuerung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Initialisierungsbetrieb zum Wiederherstellen des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc auf den Anfangspegel durchgeführt. Wenn ein Einschaltstromstoß erneut auftritt, wenn der leitende Zustand des Leistungs-MOSFET 14 nach dem ersten erzwungenen Ausschaltbetrieb wieder hergestellt ist, wird der Initialisierungsbetrieb erneut durchgeführt. Der Initialisierungsbetrieb wird somit mehrere Male wiederholt, und während dieser Zeit wird der Lastwiderstand der Last 10 graduell aufgrund der intermittierenden Stromzufuhr verringert. Dann endet die Wiederholung der Stromzufuhr und des unmittelbaren erzwungenen Ausschaltens, so dass eine normale Steuerung für die Energiezufuhr zu der Last 11 gestartet werden kann.
Außerdem kann beispielsweise ein Einschaltstromstoß, der nicht größer als der erste Anomalieschwellenstrom ILoc, aber für eine sehr lange Zeitdauer größer als der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc ist, auftreten, wie es in 12 gezeigt ist. In diesem Fall kann, wenn der Einschaltstromstoß oder der Laststrom IL danach auf unterhalb des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc abfällt, was zu einem normalen Zustand führt, der Initialisierungsbetrieb nicht durchgeführt werden, wenn die akkumulierte Zeit des Schmelzzeitzählers 73 zu dem Zeitpunkt gleich oder größer als die Rücksetzfreigabezeit ist. D. h. die akkumulierte Zeit des Schmelzzeitzählers 73, die sich angesammelt hat, kann nicht zurückgesetzt werden. Während einer weiteren Akkumulation der Schmelzzeit kann eine Erfassung eines Überstromes auf der Grundlage des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc durchgeführt werden, der als Ergebnis der Verringerung den niedrigsten Pegel aufweist. Dieses kommt daher, dass es vorteilhaft ist, die Erzielung der Schmelzfunktion (d. h. einer Schutzfunktion für eine externe Schaltung) zu priorisieren, wenn die Schmelzzeit, die durch den Schmelzzeitzähler 73 akkumuliert wird, somit einen beachtlichen Wert erreicht. Wenn der normale Zustand für eine zweite Bezugszeit nach dem Abklingen des Einschaltstromstoßes andauert, fließt der Löschzähler 72 über, wie es in 12 gezeigt ist. Dann wird die akkumulierte Zeit des Schmelzzeitzählers 73 zurückgesetzt, und dadurch wird der erste Anomalieschwellenstrom ILoc wieder auf den Anfangspegel eingestellt.
13 ist ein Zeitdiagramm, das den Fall betrifft, bei dem die Energieversorgungssteuerung 10 als ein Steuersignal S1 ein PWM-Signal, das zwischen hohen und niedrigen Pegeln wechselt, empfängt. In diesem Fall wird die zweite Bezugszeit auf länger als die Aus-Periode (d. h. die Dauer eines hohen Pegels, ein Beispiel einer ”Ausschaltperiode, während der ein Halbleiterschaltelement aufgrund eines AUS-Signals in einem ausgeschalteten Zustand gehalten wird”) des PWM-Signals. Dadurch kann in dem Fall, in dem ein PWM-Signal als ein Steuersignal S1 in den Eingangsanschluss P1 eingegeben wird, ein Überfließen des Löschzählers 72 und die sich ergebende Ausgabe eines Ausgangssignals S2 eines hohen Pegels während jeder Aus-Periode, d. h. während ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels aufgrund der Aus-Periode eingegeben wird, verhindert werden. Somit kann verhindert werden, dass der Betrieb des internen Massegenerators 23 während der Eingabe eines PWM-Signals beendet wird. Außerdem kann nach dem Auftreten eines Anomaliezustands ein Rücksetzen des Zählwertes des Schmelzzeitzählers 73 und eine sich ergebende Wiederherstellung des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc auf den Anfangspegel aufgrund des empfangenen PWM-Signals, das auf einem hohen Pegel liegt, verhindert werden, und daher kann eine Erfassung eines Überstromes auf der Grundlage des ersten Anomalieschwellenstromes ILoc des niedrigsten Pegels durchgeführt werden. Außerdem können sogar in dem Fall, in dem somit ein PWM-Signal als ein Steuersignal S1 empfangen wird, die Wirkungen einer Maßnahme gegen einen Einschaltstromstoß und eine Sicherungsfunktion auf ähnliche Weise wie in dem obigen Fall, in dem ein konstantes Spannungssignal als ein Steuersignal S1 empfangen wird, erzielt werden.
<Zweite Ausführungsform>
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 14 bis 20 erläutert. In den Zeichnungen stellt ein Überstrich eines Symbols, das ein jeweiliges unterschiedliches Signal angibt, dar, dass das Signal ein aktives Niedrig-Signal ist. Dieselben Konstruktionen wie bei der ersten Ausführungsform werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und deren redundante Erläuterung wird weggelassen.
1. Konstruktion der Energieversorgungssteuerung
14 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 und für die Steuerung der Energiezufuhr von einer Energiequelle 12 zu einer Last 11 verwendet werden.
Wie es in 14 gezeigt ist, ist die Energieversorgungssteuerung 210 als eine Halbleitervorrichtung 217 (halbleitende Vorrichtung) ausgebildet, auf der ein Eingangsanschluss P1, ein Energieversorgungsanschluss (Vcc) P2, ein Abgriffsanschluss P3, der mit der Energiequelle 12 zu verbinden ist, ein Lastverbindungsanschluss P4, der mit der Last 11 zu verbinden ist, ein externer Anschluss P5, der mit der Masse (GND) über einen externen Widerstand 16 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 ein Leistungs-MOSFET 14, ein Erfassungs-MOSFET 18 als ein Erfassungs-FET, der unten beschrieben wird, und ein Temperatursensor 19 auf einem einzigem Chip als ein Leistungs-Chip 20 konfiguriert, der auf einem Steuer-Chip 21, der die anderen Schaltungen enthält, montiert ist.
Mehrere n-Kanal-MOSFETs sind auf dem Leistungs-Chip 20 angeordnet. Die Drainanschlüsse der MOSFETs sind gemeinsam miteinander außerdem mit dem Abgriffsanschluss P3 verbunden. Wie es in 15 gezeigt ist, sind die Sourceanschlüsse der meisten der MOSFETs gemeinsam mit einem Leistungs-FET-Eingang 251a einer Sourcepotentialsteuerung 251, die unten beschrieben wird, und dem Lastverbindungsanschluss P4 verbunden, so dass die MOSFETs den Leistungs-MOSFET 14 ausbilden. Die Sourceanschlüsse der verbleibenden MOSFETs sind gemeinsam mit einem Erfassungs-FET-Eingang 251b der Sourcepotentialsteuerung 251 verbunden, so dass die MOSFETs den Erfassungs-MOSFET 18 ausbilden. Das Verhältnis der Anzahl der MOSFETs, die den Erfassungs-MOSFET 18 bilden, zu der Anzahl der MOSFETs, die den Leistungs-MOSFET 14 bilden, entspricht näherungsweise einem Erfassungsverhältnis k.
Der Steuer-Chip 221 enthält hauptsächlich eine Eingangsschnittstelle 22, einen internen Massegenerator 23, einen Stromdetektor 224, einen Überhitzungsdetektor 25, einen Diagnoseausgangsabschnitt 26, einen Steuerlogikabschnitt 227 und einen Gatetreiber 28. In der vorliegenden Ausführungsform empfängt die Eingangsschnittstelle 22 ein Steuersignal Ein (entspricht dem Steuersignal S1 der ersten Ausführungsform) eines hohen Pegels, wenn ein Betriebsschalter 15 ausgeschaltet ist, während die Eingangsschnittstelle ein Steuersignal Ein eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) empfängt, wenn der Betriebsschalter eingeschaltet ist. Die Eingangsschnittstelle stellt das empfangene Steuersignal Ein dem internen Massegenerator 23 und dem Steuerlogikabschnitt 227 bereit. Das Steuersignal Ein eines niedrigen Pegels entspricht einem EIN-Signal (Last-EIN-Signal). Das nicht aktive Steuersignal Ein entspricht einem AUS-Signal. In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt der Überhitzungsdetektor 25 eine Temperaturanomalie, wenn ein Temperatursignal S4, das eine Temperatur angibt, die größer als eine vorbestimmte Schwellentemperatur ist, empfangen wird, und stellt dem Steuerlogikabschnitt 227 ein Temperaturanomaliesignal OT eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) bereit.
Der interne Massegenerator 23 wird betrieben, wenn er ein aktives Steuersignal Ein (EIN-Signal) von der Eingangsschnittstelle 22 oder ein Ausgangssignal AUS eines niedrigen Pegels (durch das Symbol S2 in 3 bezeichnet und 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.
(Stromdetektor)
Der Stromdetektor 224 enthält eine Sourcepotentialsteuerung 251, einen Schwellenspannungsgenerator 252 und einen Überstromanomaliedetektor 253, wie es in 14 gezeigt ist. 15 ist ein Schaltungsdiagramm, das hauptsächlich die Sourcepotentialsteuerung 251, den Schwellenspannungsgenerator 252 und den Überstromanomaliedetektor 253 zeigt. Der Rest der Schaltungskonstruktion ist teilweise in dem Diagramm weggelassen.
a. Sourcepotentialsteuerung
Der Sourcepotentialsteuerung 251 ist zum Aufrechterhalten der ausgangsseitigen Spannungen (d. h. der Sourcespannungen) des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 auf einander gleiche Spannungen vorgesehen.
Die Sourcepotentialsteuerung 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 14) und dem Erfassungs-FET-Eingang 251b (d. h. mit der Source des Erfassungs-MOSFET 18) 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.
Der Operationsverstärker 256 wird aufgrund der Rückführung des Differenzausgangs des Operationsverstärkers 256 in einem imaginären Kurzschlusszustand gehalten, d. h. die Potentiale des positiven Eingangs und des negativen Eingangs werden auf fast einander gleich gehalten. Dadurch werden die Potentiale der Drainanschlüsse des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 auf einander gleich gehalten, und die Potentiale von ihren Sourceanschlüssen werden ebenfalls auf einander gleich gehalten. Demzufolge wird ein Erfassungsstrom Is, der durch den Erfassungs-MOSFET 18 fließt, stabil auf einem konstantem Verhältnis (d. h. dem Erfassungsverhältnis k) zu einem Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt, gehalten.
b. Stromanomaliedetektor
Der Stromanomaliedetektor 253 enthält einen Komparator oder mehrere (beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform drei) Komparatoren 254, 258, 259 (beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform Hysterese-Komparatoren). Die Anschlussspannung Vo des externen Anschlusses P5 wird an einen Eingang eines jeweiligen Komparators 254, 258, 259 angelegt.
Der Komparator 258 (d. h. ein Beispiel einer ”ersten Abnorm-Stromerfassungsschaltung”) empfängt an seinem anderen Eingang eine erste Anomalieschwellenspannung Voc von dem Schwellenspannungsgenerator 252 und gibt ein Überstromsignal OC eines niedrigen Pegels (d. h. ein aktives Niedrig-Signal und ein Beispiel eines ”ersten 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 14 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 ”ersten Schwellenwertes”), und diese Stromanomalie wird als ”Überstrom” bezeichnet.
Der Komparator 259 (d. h. ein Beispiel einer ”zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung”) empfängt an seinem anderen Eingang eine zweite Anomalieschwellenspannung Vfc (< Voc) von dem Schwellenspannungsgenerator 252 und gibt ein Schmelzstromsignal FC eines niedrigen Pegels (d. h. ein aktives Niedrig-Signal und ein Beispiel eines ”zweiten 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 14 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 ”zweiten Schwellenwertes”), und diese Stromanomalie wird als ”Schmelzstrom” bezeichnet.
Der Komparator 254 empfängt an seinem anderen Eingang eine dritte Anomalieschwellenspannung Vop 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 14 fließt, wenn die Anschlussspannung Vo die dritte Anomalieschwellenspannung Vop erreicht, als ein ”dritter Anomalieschwellenstrom ILop” bezeichnet, und diese Anomalie wird als eine ”Drahtdurchbruchanomalie” bezeichnet.
c. Schwellenspannungsgenerator
Wie es in 15 gezeigt ist, enthält der Schwellenspannungsgenerator 252 (d. h. ein Beispiel einer ”Schwellenwerteinstellschaltung”) hauptsächlich eine Stromausgangsschaltung 310, die einen Strom Ic ausgibt, der die Differenz angibt, die durch Subtrahieren eines Stroms Ids (< Ib), der der Drain-Source-Spannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 entspricht (d. h. einer Eingangs-Ausgangs-Spannung eines Halbleiterschaltelements) von einem Strom Ib, der einer vorbestimmten konstanten Spannung entspricht, erhalten wird, und enthält außerdem einen Schwellenwerteinstellwiderstand 260, durch den der Ausgangsstrom Ic von der Stromausgangsschaltung 310 fließt.
Insbesondere ist die Stromausgangsschaltung 310 zwischen den Drain und die Source des Leistungs-MOSFET 14 geschaltet und bewirkt dadurch, dass ein Strom Ids, der dessen Drain-Source-Spannung Vds entspricht, in den Masseanschluss P6 fließt. Außerdem sind ein FET 262, der sich als Reaktion auf ein Vorspannungssignal Bias, wie es unten beschrieben ist, einschaltet, und eine Konstantstromschaltung 265, die den Strom Ib verursacht, zwischen den Eingangsanschluss, der an der Stromausgangsschaltung 310 zum Aufnehmen des Stroms Ids vorgesehen ist, und den Energieversorgungsanschluss P2 geschaltet. Mehrere Schwellenwerteinstellwiderstände (beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform 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 (= Id – Ids), d. h. proportional zu einer Spannung, die der Differenz entspricht, die durch Subtrahieren der Drain-Source-Spannung Vds des Leistungs-MOSFET 14 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 14 und erhöht sich mit einer Verringerung.
Wenn daher ein Kurzschluss in der Last 11 unmittelbar nach dem Einschalten des Leistungs-MOSFET 14 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 früher erreichen, ohne einen hohen Pegel zu erreichen, d. h. wenn er auf einem relativ niedrigen Pegel liegt, 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 gleich bleibend auf 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 wie der Leistungs-MOSFET 14 eingeschaltet ist. Daher kann der Energieversorgungsbetrieb des Leistungs-MOSFET 14 in diesem Fall in ausreichender Weise erzielt werden.
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.
Andererseits ändern sich die zweite und die dritte Anomalieschwellenspannung Vfc und Vop mit der Sourcespannung Vs (d. h. einer ausgangsseitigen Spannung eines Halbleiterschaltelements) des Leistungs-MOSFET 14. Insbesondere sind mehrere Spannungsteilerwiderstände (in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise drei Schwellenwerteinstellwiderstände 264a–264c) seriell zwischen die Source des Leistungs-MOSFET 14 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.
Daher wird in einem Fall, in dem ein Schmelzstrom unmittelbar nach dem Einschalten des Leistungs-MOSFET 14 auftritt, dann 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, d. h. wenn er einen relativ niedrigen Pegel aufweist, und dadurch kann der Stromdetektor 224 früh ein aktives Schmelzstromsignal FC ausgeben.
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 der dritte Anomalieschwellenstrom ILfc und ILop derart vorgespannt, dass sie sich bei einer Änderung des Lastwiderstandes der Last 11 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 die dritte Anomalieschwellenspannung Vfc und Vop auf die Seite der Energieversorgungsspannung Vcc um eine Spannung, die einem Spannungsabfall an 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 oder das Löschsignal CLR nicht aktiv ist. Insbesondere ist, wie es unten beschrieben ist, eine NICHT-ODER-Schaltung 269 in dem Steuerlogikabschnitt 227, wie es in 16 gezeigt ist, vorgesehen, in die ein im Pegel invertiertes Signal des Steuersignals EIN und ein Löschsignal CLR von dem Löschzähler 272 eingegeben werden, und die NICHT-ODER-Schaltung 269 kann ein Vorspannungssignal Bias eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) ausgeben. Andererseits kann der erste Anomalieschwellenstrom ILoc durch eine derartige Auslegung, dass ”Ib – Ids > 0” erfüllt ist, vorgespannt werden. Somit kann der zweite Strom Ib als eine Vorspannung dienen.
Der erste Anomalieschwellenstrom ILoc und der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc sind dieselben wie in der obigen ersten Ausführungsform (siehe 5). Der dritte Anomalieschwellenstrom ILop wird auf einen noch niedrigeren Pegel als 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.
(Steuerlogikabschnitt)
16 ist ein Schaltungsdiagramm des Steuerlogikabschnitts 227. Der Steuerlogikabschnitt 227 enthält hauptsächlich einen FR-Zähler (d. h. einen Freischwingungszähler) 271, den Löschzähler 272, einen Schmelzzähler (FC-Zähler) 273, einen Oszillator 274, einen Rücksetzsignalgenerator 275 und ähnliches. Der Steuerlogikabschnitt 227 empfängt das Steuersignal Ein von der Eingangsschnittstelle 22, die Signale OC, FC, OP von dem Stromdetektor 224 und das Temperaturanomaliesignal OT von dem Überhitzungsdetektor 25, wie es oben beschrieben ist.
a. Oszillator und Rücksetzsignalgenerator
Der Oszillator 274 erzeugt ein Taktsignal CLK (in beispielsweise einer Periode von 125 Mikrosekunden) und gibt dieses aus. Der Rücksetzsignalgenerator 275 erzeugt eine konstante Spannung, die für den Betrieb des internen Massegenerators 23 und des vorliegenden Steuerlogikabschnitts 227 ausreichend ist. Außerdem gibt er ein Rücksetzsignal RST eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) aus, wenn nicht und bis eine 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 25 empfangen wird, führt die Überstromschutzschaltung hauptsächlich einen erzwungenen Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 14 für eine vorbestimmte erste Bezugszeitdauer 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.
Der Steuerlogikabschnitt 227 enthält eine NICHT-ODER-Schaltung 279, die die im Pegel invertierten Signale der Signale OC, OT empfängt, und enthält außerdem 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 ein erzwungenes Ausschalten des Leistungs-MOSFET 14 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 25 in den Steuerlogikabschnitt 227 eingegeben wird und das Zwangsausschaltsignal Inhibit einen hohen Pegel aufweist. D. h., 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 gebracht wird, wenn ein Überstrom oder eine Temperaturanomalie erfasst wird und sich der Leistungs-MOSFET 14 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 (aktiv, wenn niedrig) Setzsignals FC1 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 auf einem hohen Pegel liegt. D. h., 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 gebracht wird, wenn ein Schmelzstrom erfasst wird und sich der Leistungs-MOSFET 14 nicht in dem erzwungenen Ausschaltzustand befindet.
Der FR-Zähler 271 (d. h. ein Beispiel einer ”Freischwingungszählerschaltung”) zählt normalerweise wiederholt eine vorbestimmte Zeitdauer und wird auf ”1” zurückgesetzt (d. h. das am wenigsten 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 den 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 (d. h. ein Überstrom oder eine Temperaturanomalie wird erfasst und der Leistungs-MOSFET 14 befindet sich nicht in dem erzwungenen Ausschaltzustand); und
Rücksetzbedingung 3: Das Ausgangssignal FCM des FC-Speichers 278 wird von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel geschaltet (d. h. der FRC-Rücksetzgenerator 277 erfasst eine abfallende Flanke des Ausgangssignals FCM, oder es wird ein Schmelzstrom erfasst, wenn sich der Leistungs-MOSFET 14 nicht in dem erzwungenen Ausschaltzustand befindet).

Wenn irgendeine der obigen Rücksetzbedingungen 1–3 erfüllt ist, gibt der FRC-Rücksetzgenerator 277 (d. h. ein Beispiel einer ”Freischwingungszählerrücksetzschaltung”) 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 (d. h. ein aktives Niedrig-Signal und ein Beispiel eines ”Aufwärtszählsignals”) aus, wenn die sieben unteren Bits des FR-Zählers 271 überfließen (d. h. sämtliche Bits sind ”1”). Außerdem gibt er ein Ausschaltfreigabesignal MCL eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) aus, wenn sämtliche sieben unteren Bits gleich ”0” sind. D. h. der FR-Zähler 271 gibt ein aktives Zählsignal OvF7 in einem vorbestimmten Zeitintervall (beispielsweise in einem Intervall von 16 Millisekunden) aus, wenn er nicht zurücksetzt wird. Außerdem gibt er ein aktives Ausschaltfreigabesignal MCL in dem obigen vorbestimmten Zeitintervall aus, oder genauer gesagt eine vorbestimmte Zeit (in der vorliegenden Ausführungsform einen Zählwert) 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 als einer Ausschaltschaltung 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 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 erstes Zwangsausschaltsignal OCM eines niedrigen Pegels (aktiv, wenn niedrig) auszugeben. Er gibt ein erstes 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 ersten Zwangsausschaltsignals OCM und das im Pegel invertierte Signal eines zweiten 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 erste Zwangsausschaltsignal OCM oder das zweite Zwangsausschaltsignal Fuse aktiv ist.
Gemäß dieser Konstruktion gibt die Überstromschutzschaltung ein aktives erstes 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 14 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 ”ersten Bezugszeit”) später gibt er ein aktives Ausschaltfreigabesignal MCL aus, so dass der OC-Speicher 276 ein erstes Zwangsausschaltsignal OCM eines hohen Pegels ausgibt und dadurch der erzwungene Ausschaltzustand (erstes erzwungenes Ausschalten) des Leistungs-MOSFET 14 freigegeben wird. Der Leistungs-MOSFET 14 kann somit wieder in den leitenden Zustand gebracht werden, solange wie die Energieversorgungssteuerung 210 ein aktives Steuersignal Ein empfängt.
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 eingegeben. 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 wie 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 das erste erzwungene Ausschalten des Leistungs-MOSFET 14 durch die Überstromschutzschaltung durchgeführt wird. Die Schmelzanomalieschutzschaltung bewirkt einen erzwungenen Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 14, wenn die akkumulierte Zeit eine vorbestimmte Bezugsschmelzzeit (d. h. ein Beispiel einer ”dritten Bezugszeit”, die länger als die erste Bezugszeit ist) erreicht. 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 Zeitpunkten, die beispielsweise abfallenden Flanken des Zählsignals OvF7 von dem FR-Zähler 271 entsprechen. Wenn der Schmelzzähler nicht zurückgesetzt wird, fließt dieser über, wenn 1024 Millisekunden erreicht sind, und gibt ein zweites 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 zweite 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 ersten 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 erste Zwangsausschaltsignal OCM oder das Ausgangssignal FCM aktiv ist. D. h. die NICHT-ODER-Schaltung 291 ist zum Melden bzw. Benachrichtigen des Schmelzzählers 273 oder eines CLC-Rücksetzgenerators 292, der unten beschrieben wird, vorgesehen, dass ein erstes erzwungenes Ausschalten aufgrund eines Überstromes oder einer Temperaturanomalie durchgeführt wird, oder dass ein Schmelzstrom aufgetreten ist (d. h. ein zweites erzwungenes Ausschalten könnte später durchgeführt werden).
Wenn das Anomaliemeldesignal Fail aktiv ist, inkrementiert der Schmelzzähler 273 seinen Zählwert um Eins zu Zeitpunkten, die abfallenden Flanken des Zählsignals OvF7 entsprechen, solange wie das zweite Zwangsausschaltsignal Fuse nicht aktiv ist (d. h. wenn er nicht überfließt). Wenn der Zähler überfließt, gibt er ein aktives zweites Zwangsausschaltsignal Fuse aus, so dass ein erzwungener Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt wird. Zu demselben Zeitpunkt endet der Zählbetrieb entsprechend dem Zählsignal OvF7, und der erzwungene Ausschaltzustand wird aufrechterhalten (dieses ist das zweite erzwungene Ausschalten).
Andererseits setzt der FCC-Rücksetzgenerator 286 als eine 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 zweite Zwangsausschaltsignal Fuse ist nicht aktiv (d. h. auf einem hohen Pegel) und das Löschsignal CLR ist aktiv (d. h. 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 (d. h. der Zeit, die durch den FR-Zähler 271 gezählt wird) aus, wie es in 17 gezeigt ist. Dadurch werden die FETs 261a–261f des Schwellenspannungsgenerators 252 wahlweise und aufeinanderfolgend eingeschaltet, so dass die erste Anomalieschwellenspannung Voc (und außerdem der erste Anomalieschwellenstrom ILoc) stufenweise im Verlaufe der Zeit entsprechend der gezählten Zeit verringert wird. Wenn der Zählwert des Schmelzzählers 273 beispielsweise gleich oder größer als Acht (d. h. ein Beispiel eines ”Initialisierungsgrenzzählwertes”) ist, gibt der OC-Schwellenwertbestimmungsgenerator 293 stets ein aktives Schwellenwertbestimmungssignal OCL5 aus, so dass die erste Anomalieschwellenspannung Voc (und außerdem der erste Anomalieschwellenstrom ILoc) auf dem niedrigsten Pegel gehalten wird.
d. Löschzähler
Wenn ein normaler Zustand, bei dem weder eine Stromanomalie noch eine Temperaturanomalie erfasst wird (d. h. der Laststrom IL befindet sich auf einem normalen Pegel, der niedriger als der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc und der erste Anomalieschwellenstrom ILoc ist), erfasst wird, eine vorbestimmte zweite Bezugszeitdauer fortdauert, ohne dass ein Überfließen erreicht wird, nachdem der Schmelzzähler 273 mit dem Zählen beginnt, gibt der Löschzähler 272 (d. h. ein Beispiel einer ”Löschzählerschaltung”) 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, um beispielsweise den Überhitzungszustand einer externen Schaltung nach der Beseitigung eines Schmelzstromes oder eines Überstromzustands zu beseitigen. Der Zählwert des Löschzählers 272, wenn ein normaler Zustand die zweite Bezugszeit andauert, ist ein Beispiel eines ”Bezugslöschzählwertes”.
Insbesondere ist der Löschzähler 272 beispielsweise ein 5-Bit-Zähler und inkrementiert seinen Zählwert um Eins beispielsweise zu Zeiten, die 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 zu ”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 zweite Zwangsausschaltsignal Fuse ist nicht aktiv (d. h. das zweite erzwungene Ausschalten wurde noch nicht durchgeführt) und das Anomaliemeldesignal Fail ist aktiv; und
Rücksetzbedingung 8: Das zweite Zwangsausschaltsignal Fuse ist aktiv (d. h. das zweite 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 den 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 23 seinen Betrieb beendet, wenn das Löschsignal CLR oder das Rücksetzsignal RST aktiv ist.
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 des Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt werden sollte). Ihr 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 der FC-Speicher 278 nicht zu dem Setzzustand übergehen würden, und zwar sogar dann nicht, wenn der Stromanomaliedetektor 253 ein aktives Überstromsignal OC oder ein aktives Schmelzstromsignal FC ausgibt, oder der Überhitzungsdetektor 25 ein aktives Temperaturanomaliesignal OT ausgibt. D. h. das aktive Überstromsignal OC, das Schmelzstromsignal FC und das Temperaturanomaliesignal OT werden invalidiert (oder maskiert).
In dem Fall beispielsweise, in dem die Last 11 eine L-Last ist, kann die Sourcespannung des Leistungs-MOSFET 14 aufgrund der Stoßspannung der Last 11 auf die negative Seite gezogen werden, wenn der Leistungs-MOSFET 14 als Reaktion auf ein nicht aktives Steuersignal Ein (AUS-Signal) ausgeschaltet wird. Daher können die zweite und die dritte Anomalieschwellenspannung Vfc und Vop, die auf der Grundlage der Sourcespannung erzeugt werden, ebenfalls negativ sein. Dann können 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 Erfindung invalidiert die Invalidierungsschaltung jedoch 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 zweiter erzwungener Ausschaltbetrieb verhindert werden.
g. Filterschaltung
Eine Filterschaltung enthält eine Zählerschaltung, die mehrere Speicherschaltungen (beispielsweise in der vorliegenden Ausführungsform zwei Speicherschaltungen 300, 301 (beispielsweise D-Flip-Flops)) beinhaltet, die geschaltet 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 die Filterschaltung, während das Rücksetzsignal RST nicht aktiv ist und das Durchbruchanzeigesignal OP aktiv ist, 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 mehr Male (beispielsweise in der vorliegenden Erfindung zwei Mal) empfangen hat. 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. auf eifern hohen Pegel).

D. h. das Durchbruchanomaliesignal OPF wechselt nicht unmittelbar auf aktiv, wenn der Stromdetektor 224 ein aktives Durchbruchanzeigesignal OP ausgibt. Es wechselt auf aktiv, wenn ein aktives Löschsignal CLR zwei Mal von dem Löschzähler 272 empfangen wurde (d. h. 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 zu nicht aktiv wechselt, gibt die Filterschaltung unmittelbar ein nicht aktives (hoher Pegel) Durchbruchanomaliesignal OPFP (als ein normales Signal) aus, das einen normalen Zustand angibt. 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 für den Diagnoseausgangsabschnitt 26 bereitgestellt. Der Diagnoseausgangsabschnitt 26 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 Drahtdurchbruchanomalie von anderen Anomalien (d. h. einem Überstrom, einem Schmelzstrom und einer Temperaturanomalie) durch den Diagnoseausgang unterschieden werden.
Wie es oben beschrieben wurde, werden in dem Steuerlogikabschnitt 227 das Zählen einer Anomaliezeit durch die Schmelzanomalieschutzschaltung und das Zählen einer normalen Dauer durch die Normaldauerakkumulationsschaltung unter Verwendung der unteren Bits des Zählwertes des allgemeinen Freischwingungszählers 271 durchgeführt. Dadurch können die Schaltungselemente der Steuerlogikschaltung 227 im Vergleich zu einer Konstruktion verringert werden, bei der die Schmelzanomalieschutzschaltung und die Normaldauerakkumulationsschaltung das Zählen durch individuelle Verwendung der unteren Bits durch getrennte Zählerschaltungen durchführen. Außerdem muss die Anzahlzählerschaltung 88, die in der ersten Ausführungsform enthalten ist, nicht zusätzlich vorgesehen werden, und die Überstromschutzschaltung verwendet außerdem den obigen Freischwingungszähler 271 zum Zählen der ersten Bezugszeit. Dadurch können die Schaltungselemente weiter verringert werden.
(Gatetreiber)
In den Gatetreiber 28 werden das Steuersignal Ein, das Ausgangssignal FCM und das Zwangsausschaltsignal Inhibit von dem Steuerlogikabschnitt 227 eingegeben. Der Gatetreiber 28 enthält eine Ladungspumpe (nicht gezeigt), die zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und die Gateanschlüsse des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist, und enthält außerdem einen Entladungs-FET (nicht gezeigt), der zwischen die Gateanschlüsse und die Sourceanschlüsse des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist.
Wenn der Gatetreiber 28 ein aktives Steuersignal Ein (EIN-Signal) von dem Steuerlogikabschnitt 227 empfängt, wird die Ladungspumpe alleine betrieben, um jeweils eine höhere Spannung zwischen dem Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 anzulegen, die von der Energieversorgungsspannung Vcc erzeugt wird. Somit wird ein Ladungsbetrieb zum Einschalten des Leistungs-MOSFET und des Erfassungs-MOSFET durchgeführt, was zu einem leitenden Zustand führt. Wenn andererseits der Gatetreiber 28 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 jeweilige Ladung zwischen dem Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 freigesetzt wird. Somit wird ein Entladungsbetrieb oder ein Ausschaltbetrieb durchgeführt.
2. Betrieb gemäß der vorliegenden Ausführungsform
Die 18 bis 20 sind Zeitdiagramme verschiedener Signale zum Darstellen des Betriebs der Energieversorgungssteuerung 210. 18 betrifft einen Betrieb während eines normalen Zustands. 19 betrifft einen Betrieb während des Auftretens eines Überstroms. 20 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 (beispielsweise A = 10, B = 11, C = 12 usw.) gezeigt. 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 stellt das zweitsignifikanteste Bit des FR-Zählers 271 dar, 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 23 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 28 über den Steuerlogikabschnitt 227 bereitgestellt. Dann schalten sich der Leistungs-MOSFET 14 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 (d. h. die Rücksetzbedingung 2 ist nicht erfüllt), und das Ausgangssignal FCM des FC-Speichers 278 wird nicht im Pegel von hoch nach niedrig umgekehrt (d. h. die Rücksetzbedingung 3 ist nicht erfüllt). Daher zählt der FR-Zähler 271 wiederholt bis 32 Millisekunden, ohne mitten beim Zählen zurückgesetzt zu werden (siehe [FRC] in 18). 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 schrittweise im Verlaufe der Zeit beginnend mit dem Anfangspegel, der größer als ein 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 14 fließen. Der erste Anomalieschwellenstrom ILoc ist dann jedoch auf den Anfangspegel eingestellt, der größer als der Einschaltstromstoß ist, und dadurch kann ein erster erzwungener Ausschaltbetrieb aufgrund des Einschaltstromstoßes für den Leistungs-MOSFET 14 und ähnlichem verhindert werden.
Während des normalen Betriebs ist das Anomaliemeldesignal Fail nicht aktiv, und daher beginnt der Schmelzzähler 273 nicht zu zählen (siehe [FCC] in 18). Andererseits inkrementiert der Löschzähler 272 seinen Zählwert um Eins zu Zeiten der Eingabe des Zählsignals OvF7 von dem FR-Zähler 271. Er wird nicht mitten im Zählen 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 18).
Wenn das Steuersignal Ein von aktiv nach nicht aktiv wechselt, wartet der interne Massegenerator 23 auf das 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 Überstromes oder eines Schmelzstromes)

Wenn ein Kurzschluss in der Last 11 auftritt, kann der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc überschreiten, wie es in 19 gezeigt ist. Zu dem Zeitpunkt wechselt das Schmelzstromsignal FC zu aktiv, so dass das Ausgangssignal FCM des FC-Speichers 278 im Pegel von hoch nach niedrig invertiert und der Zählwert des FR-Zählers 271 zurückgesetzt wird. Dadurch wird der erste Anomalieschwellenstrom ILoc wieder auf den Anfangspegel eingestellt, und danach wird er erneut 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, wechselt das Überstromsignal OC zu aktiv und das Setzsignal OC1 von der NICHT-UND-Schaltung 280 wechselt zu aktiv. Dadurch wechselt das erste Zwangsausschaltsignal OCM von dem OC-Speicher 276 zu aktiv. Dann wird ein erster erzwungener Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 14 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 19). Ein aktives Ausschaltfreigabesignal MCL wird ausgegeben, wenn der FR-Zähler 271 bis 16 Millisekunden gezählt hat. Dann gibt der OC-Speicher 276 ein nicht aktives erstes Zwangsausschaltsignal OCM aus, so dass der Leistungs-MOSFET 14 zum Einschaltzustand zurückkehrt und der erzwungene Ausschaltzustand freigegeben wird.
Wenn der Kurzschluss in der Last 11 danach nicht beseitigt ist, wird der Löschzähler 272 das Zählen nicht beginnen, und das erste erzwungene Ausschalten wird wiederholt durchgeführt. Während dieser Zeit inkrementiert der Schmelzzähler 273 seinen Zählwert um Eins. Wenn der Zählwert [FCC] Sieben erreicht (d. h. wenn das erste erzwungene Ausschalten sieben Mal durchgeführt wurde), hält 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 zweites Zwangsausschaltsignal Fuse aus, so dass der erzwungene Ausschaltbetrieb des Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Zählbetrieb entsprechend dem Zählsignal OvF7 unterbrochen, so dass der erzwungene Ausschaltzustand (aufgrund des zweiten erzwungenen Ausschaltens) gehalten wird. Man beachte, dass der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc auf einen Pegel eingestellt wird, der etwas höher als der Nennstrom ILmax der Last 11 ist. Die Bezugsschmelzzeit wird auf eine Zeit eingestellt, die kürzer als die Zeit ist, die es dauert, bis der elektrische Draht 30 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 30 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 30 Rauch abgibt, so dass das erste erzwungene Ausschalten des Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt wird.
Wenn danach das Steuersignal Ein von aktiv nach nicht aktiv wechselt, wie es in 20 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 zweite erzwungene Ausschaltzustand aufrechterhalten, und zwar sogar dann, wenn das Steuersignal Ein zu aktiv zurückkehrt, bevor der Löschzähler 272 überfließt.

(Betrieb während des Auftretens einer Drahtdurchbruchanomalie)

Wenn der dritte Anomalieschwellenstrom ILop vermeintlich 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 Variation der Energieversorgungsspannung Vcc bestimmt werden, um die Drahtdurchbruchanomalie genau zu erfassen.
Daher werden in der vorliegenden Ausführungsform der dritte Anomalieschwellenstrom ILop (und die dritte Anomalieschwellenspannung Vop) derart eingestellt, dass er sich proportional zu der Sourcespannung Vs des (oder der Energieversorgungsspannung Vcc für den) Leistungs-MOSFET 14 in den EIN-Zustand ändert, wie es oben beschrieben ist. Gemäß dieser Konstruktion verringert sich beispielsweise der dritte Anomalieschwellenstrom ILop um die Hälfte, wenn sich die Energieversorgungsspannung Vcc um die Hälfte verringert. D. h. der Lastwiderstandswert, auf dessen Grundlage eine Drahtdurchbruchanomalie erfasst wird (und der gleich einem Wert ist, der durch Teilen der Energieversorgungsspannung Vcc durch den dritten Anomalieschwellenstrom ILop bestimmt wird), ist derselbe unabhängig von einer Änderung der Energieversorgungsspannung Vcc. 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 der Ausführungsformen, die mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert wurden, begrenzt. Die folgenden Ausführungsformen können beispielsweise innerhalb des technischen Bereiches der vorliegenden Erfindung enthalten sein.

(1) In den obigen Ausführungsformen ist der Leistungs-MOSFET 14 als ein Halbleiterschaltelement vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt, sondern es kann ein anderer unipolarer Transistor oder alternativ ein Bipolartransistor als ein Halbleiterschaltelement enthalten sein.
(2) In den obigen Ausführungsformen wird der Erfassungs-MOSFET 18 als ein Stromerfassungsschaltelement verwendet. D. h. die Stromerfassung wird durch ein Erfassungsverfahren durchgeführt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt, sondern es kann die Stromerfassung mittels eines Shunt-Verfahrens durchgeführt werden. Es ist beispielsweise ein Shunt-Widerstand an der Energieversorgungsleitung vorgesehen, so dass der Laststrom auf der Grundlage des Spannungsabfalls darüber erfasst werden kann.
(3) In den obigen Ausführungsformen wird der Beginn der Stromzufuhr auf der Energieversorgungsleitung auf der Grundlage dessen erfasst, ob der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc überschreitet. Was jedoch als eine Grundlage zur Erfassung eines Beginns einer Stromzufuhr dient, ist nicht auf einen Stromwert bei einer Stromanomalie begrenzt. Was benötigt wird, ist, dass der Beginn der Stromzufuhr auf der Energieversorgungsleitung erfasst werden kann. Daher kann der Beginn der Stromzufuhr bestimmt werden, wenn der Laststrom einen normalen Strompegel oder einen niedrigeren Strompegel überschreitet. D. h. der normale Strompegel oder der niedrigere Strompegel können als ein zweiter Schwellenwert verwendet werden. Gemäß dieser Konstruktion wird der erste Schwellenwert auf einen niedrigeren Pegel nach dem Abklingen des Einschaltstromstoßes eingestellt, und danach wird er nicht wieder auf den Anfangspegel eingestellt, wenn ein normaler Zustand eine zweite Bezugszeit andauert. Außerdem kann die Erfassung auf der Grundlage des Durchlasswiderstands oder des ausgangsseitigen Potentials (beispielsweise des Sourcepotentials) eines Halbleiterschaltelements (einschließlich einem anderen Schaltelement, das an der Stromabseite vorgesehen ist, falls eines vorgesehen ist), das an der Energieversorgungsleitung vorgesehen ist, oder auf der Grundlage dessen, ob ein EIN-Signal zum Einschalten des Halbleiterschaltelementes eingegeben wird, durchgeführt werden.
(4) Die Schwellenwerteinstellschaltung kann den ersten Schwellenwert beispielsweise auf der Grundlage der Anschlussspannung einer RC-Parallelschaltung anstelle der Verwendung der Zählerschaltung wie in den obigen Ausführungsformen erzeugen. Der erste Schwellenwert kann im Verlaufe der Zeit durch Entladen des Kondensators der RC-Parallelschaltung verringert werden.
(5) Der Schmelzzeitzähler 73 zählt die Zeit nur in einem Anomaliezustand. Die Zeit kann jedoch einschließlich während einer Normalzustandszeit akkumuliert werden.
(6) In der obigen Ausführungsform zählt die Anzahlzählerschaltung 88 die Häufigkeit, mit der der Laststrom IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc überschreitet, und der Initialisierungsbetrieb wird gesperrt, wenn die Häufigkeit y erreicht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Die Häufigkeit der Ausgaben (bzw. die Anzahl) eines Ausgangssignals S5 eines niedrigen Pegels von dem Ausschaltdauerzähler 71, d. h. die Anzahl der Male, mit denen der erste erzwungene Ausschaltbetrieb durchgeführt wird, kann gezählt werden. Wenn die Anzahl x erreicht ist, sollte der anschließende Initialisierungsbetrieb gesperrt werden.
(7) In den obigen Ausführungsformen wird der erste Anomalieschwellenstrom ILoc stufenweise entsprechend der akkumulierten Zeit des Schmelzzeitzählers 73, der für eine Sicherungsfunktion verwendet wird, verringert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Er kann schrittweise entsprechend der akkumulierten Zeit eines anderen Zeitzählers als des Sicherungszeitzählers 73 verringert werden.

Claims

Verfahren zum Steuern der Energiezufuhr von einer Energiequelle (12) zu einer Last (11), das aufweist: Erfassen eines Laststroms (IL), der durch ein Halbleiterschaltelement (14), das an einer Energieversorgungsleitung von der Energiequelle (12) zu der Last (11) angeordnet ist, fließt, durch ein Stromerfassungselement (18); Bestimmen, ob der Laststrom (IL), der durch das Halbleiterschaltelement (14) fließt, einen ersten Schwellenwert (ILoc) überschreitet, auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals (Is) von dem Stromerfassungselement (18), und Ausgeben eines ersten Abnorm-Stromsignals (OC), wenn der Laststrom (IL) den ersten Schwellenwert (ILoc) überschreitet, durch eine erste Abnorm-Stromerfassungsschaltung (58, 258); Ausschalten des Halbleiterschaltelements (14) während einer ersten Bezugszeit, wenn das erste Abnorm-Stromsignal (OC) von der ersten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (58, 258) ausgegeben wird, und danach Wiederherstellen eines leitenden Zustands des Halbleiterschaltelementes (14); Bestimmen auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals (Is) von dem Stromerfassungselement (18), ob der Laststrom (IL), der durch das Halbleiterschaltelement (14) fließt, einen zweiten Schwellenwert (ILfc) überschreitet, der niedriger als der erste Schwellenwert ist, und Ausgeben eines zweiten Abnorm-Stromsignals (FC), wenn der Laststrom (IL) den zweiten Schwellenwert (ILfc) überschreitet, durch eine zweite Abnorm-Stromerfassungsschaltung (59, 259); und Verringern eines Pegels des ersten Schwellenwertes (ILoc), wenn das zweite Abnorm-Stromsignal (FC) von der zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (59, 259) ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem aufweist: Durchführen eines Initialisierungsbetriebs zum Wiederherstellen des ersten Schwellenwertes (ILoc) auf einen Anfangspegel maximal eine vorbestimmte Anzahl von Malen, wenn das Halbleiterschaltelement (14) während der ersten Bezugszeit ausgeschaltet wird.
Energieversorgungssteuerung (10, 210) zum Steuern der Energiezufuhr von einer Energiequelle (12) zu einer Last (11), die aufweist: ein Halbleiterschaltelement (14), das an einer Energieversorgungsleitung von der Energiequelle (12) zu der Last (11) angeordnet ist; ein Stromerfassungselement (18), das ausgelegt ist, einen Laststrom (IL), der durch das Halbleiterschaltelement (14) fließt, zu erfassen; eine erste Abnorm-Stromerfassungsschaltung (58, 258), die ausgelegt ist, auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals (Is) von dem Stromerfassungselement (18) zu bestimmen, ob ein Laststrom (IL), der durch das Halbleiterschaltelement (14) fließt, einen ersten Schwellenwert (ILoc) überschreitet, und außerdem ausgelegt ist, ein erstes Abnorm-Stromsignal (OC) auszugeben, wenn der Laststrom (IL) den ersten Schwellenwert (ILoc) überschreitet; eine Überstromschutzschaltung (71, 271, 276, 277, 278), die ausgelegt ist, das Halbleiterschaltelement (14) während einer ersten Bezugszeit auszuschalten, wenn das erste Abnorm-Stromsignal (OC) von der ersten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (58, 258) ausgegeben wird, und danach einen leitenden Zustand des Halbleiterschaltelementes (14) wieder herzustellen; eine zweite Abnorm-Stromerfassungsschaltung (59, 259) ist, die ausgelegt ist, auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals (Is) von dem Stromerfassungselement (18) zu bestimmen, ob der Laststrom (IL), der durch das Halbleiterschaltelement (14) fließt, einen zweiten Schwellenwert (ILfc) überschreitet, der niedriger als der erste Schwellenwert ist, und außerdem ausgelegt ist, ein zweites Abnorm-Stromsignal (FC) auszugeben, wenn der Laststrom (IL) den zweiten Schwellenwert (ILfc) überschreitet; und eine Schwellenwerteinstellschaltung (52, 252), die ausgelegt ist, einen Pegel des ersten Schwellenwertes (ILoc) zu verringern, wenn das zweite Abnorm-Stromsignal (FC) von der zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (59, 259) ausgegeben wird.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 3, die außerdem aufweist: eine Schwellenwertinitialisierungsschaltung (88), die ausgelegt ist, einen Initialisierungsbetrieb zum Wiederherstellen des ersten Schwellenwertes (ILoc) auf einen Anfangspegel maximal eine vorbestimmte Anzahl von Malen durchzuführen, wenn die Überstromschutzschaltung (71) das Ausschalten des Halbleiterschaltelementes (14) während der ersten Bezugszeit durchführt, nachdem das zweite Abnorm-Stromerfassungssignal (FC) ausgegeben wird.
Energieversorgungssteuerung (210) nach Anspruch 3, wobei die Energieversorgungssteuerung (10, 210) außerdem aufweist: eine Anomaliezeitakkumulationsschaltung (273), die ausgelegt ist, einen Betrieb zum Akkumulieren einer Anomaliezeit zu starten, wenn ein zweites Abnorm-Stromsignal (FC) von der zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (259) ausgegeben wird, wobei die Anomaliezeit eine Zeitdauer ist, während der zumindest das zweite Abnorm-Stromsignal ausgegeben wird; wobei die Schwellenwerteinstellschaltung (252) ausgelegt ist, einen Pegel des ersten Schwellenwertes (ILoc) entsprechend einer akkumulierten Zeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung (273) zu verringern.
Energieversorgungssteuerung (210) nach Anspruch 5, die außerdem aufweist: eine Normaldauerakkumulationsschaltung (272), die ausgelegt ist, eine Normaldauer, während der der Laststrom (IL) kontinuierlich auf gleich oder niedriger als ein normaler Pegel gehalten wird, der niedriger als der zweite Schwellenwert ist, auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals (Is) von dem Stromerfassungselement (18) zu messen, nachdem die Anomaliezeitakkumulationsschaltung (273) das Akkumulieren beginnt, und außerdem ausgelegt ist, ein Löschsignal (CLR) auszugeben und die akkumulierte Zeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung (273) zu löschen, wenn die normale Dauer eine zweite Bezugszeit erreicht.
Energieversorgungssteuerung (210) nach Anspruch 6, wobei die Anomaliezeitakkumulationsschaltung (273) ausgelegt ist, die Akkumulation zu unterbrechen, während die Normaldauerakkumulationsschaltung (272) eine Normaldauer misst, und außerdem ausgelegt ist, das Halbleiterschaltelement (14) auszuschalten, wenn die akkumulierte Zeit eine dritte Bezugszeit erreicht.
Energieversorgungssteuerung (210) nach Anspruch 6 oder 7, die außerdem aufweist: eine Freischwingungszählerschaltung (271), die ausgelegt ist, wiederholt bis zu einer vorbestimmten Zeit zu zählen und ein Aufwärtszählsignal (OvF7) auszugeben, wann immer das Zählen bis zu der vorbestimmten Zeit beendet ist, wobei die Anomaliezeitakkumulationsschaltung (273) eine Schmelzzählerschaltung enthält, die ausgelegt ist, ihren Zählwert zu inkrementieren, wann immer das Aufwärtszählsignal (OvF7) von der Freischwingungszählerschaltung (271) ausgegeben wird, wenn das zweite Abnorm-Stromsignal von der zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (259) ausgegeben wird, und außerdem ausgelegt ist das Halbleiterschaltelement (14) auszuschalten, wenn ihr Zählwert einen Bezugsanomaliezählwert erreicht; und die Normaldauerakkumulationsschaltung (272) eine Löschzählerschaltung und eine Normaldauerrücksetzschaltung (292) enthält, wobei die Löschzählerschaltung ausgelegt ist, ihren Zählwert zu inkrementieren, wann immer das Aufwärtszählsignal (OvF7) von der Freischwingungszählerschaltung (271) ausgegeben wird, und außerdem ausgelegt ist, das Löschsignal (CLR) auszugeben, wenn ihr Zählwert einen Bezugslöschzählwert erreicht, und wobei die Normaldauerrücksetzschaltung (292) ausgelegt ist, einen Zählwert der Löschzählerschaltung auf der Grundlage einer Ausgabe des zweiten Abnorm-Stromsignals von der zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (259) zurückzusetzen.
Energieversorgungssteuerung (210) nach Anspruch 8, wobei die Überstromschutzschaltung (271, 276, 277, 278) ausgelegt ist, einen Zustand des Halbleiterschaltelementes (14) während des Ausschaltens während der ersten Bezugszeit freizugeben, wenn die Freischwingungszählerschaltung (271) das Zählen bis zu der ersten Bezugszeit beendet.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 4, die außerdem aufweist: eine Anzahlrücksetzschaltung (72), die ausgelegt ist, eine Anzahl von Malen, zu denen der Initialisierungsbetrieb durchgeführt wurde, auf eine Anfangsanzahl für die Schwellenwertinitialisierungsschaltung (88) zurückzusetzen, wenn eine zweite Bezugszeit verstrichen ist, ohne dass das zweite Abnorm-Stromsignal (FC) von der zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (59) ausgegeben wurde.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 4 oder 10, die außerdem aufweist: eine Zeitakkumulationsschaltung (73), die ausgelegt ist, einen Betrieb zum Akkumulieren einer Zeit, während der das zweite Abnorm-Stromerfassungssignal (FC) ausgegeben wird, zu beginnen, wenn das zweite Abnorm-Stromerfassungssignal (FC) von der zweiten Abnorm-Stromerfassungsschaltung (59) ausgegeben wird, wobei die Schwellenwerteinstellschaltung (52) ausgelegt ist, einen Pegel des ersten Schwellenwertes (ILoc) im Verlaufe der Zeit entsprechend einer akkumulierten Zeit der Zeitakkumulationsschaltung (73) zu verringern; und die Schwellenwertinitialisierungsschaltung (88) ausgelegt ist, den ersten Schwellenwert (ILoc) auf einen Anfangspegel durch Rücksetzen der akkumulierten Zeit auf eine Anfangszeit während des Initialisierungsbetriebs wieder herzustellen, wenn nicht die Häufigkeit, mit der der Initialisierungsbetrieb durchgeführt wurde, die vorbestimmte Anzahl von Malen erreicht, und außerdem ausgelegt ist, derart betrieben zu werden, dass ein Rücksetzen der akkumulierten Zeit auf die Anfangszeit verhindert wird, nachdem die Häufigkeit, mit der der Initialisierungsbetrieb durchgeführt wurde, die vorbestimmte Anzahl von Malen erreicht.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 11, wobei die Zeitakkumulationsschaltung (73) auch als eine Anomaliezeitakkumulationsschaltung dient, die ausgelegt ist, das Halbleiterschaltelement (14) auszuschalten, wenn eine akkumulierte Zeit eine dritte Bezugszeit erreicht; und die Schwellenwertinitialisierungsschaltung (88) eine Anzahlzählerschaltung (88) enthält, die ausgelegt ist, eine Anzahl der Ausgaben des zweiten Abnorm-Stromsignals zu zählen, wobei die Schwellenwertinitialisierungsschaltung (88) ausgelegt ist, den Initialisierungsbetrieb durch Rücksetzen einer akkumulierten Zeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung durchzuführen, wenn die gezählte Anzahl die vorbestimmte Anzahl von Malen nicht erreicht, und außerdem ausgelegt ist, derart betrieben zu werden, dass ein Rücksetzen der akkumulierten Zeit und dadurch der Initialisierungsbetrieb verhindert wird, wenn die gezählte Anzahl die vorbestimmte Anzahl von Malen erreicht.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 12, die außerdem aufweist: eine Normaldauerakkumulationsschaltung (72), die ausgelegt ist, eine Normaldauer zu messen, während der der Laststrom (IL) kontinuierlich auf gleich oder niedriger als ein normaler Pegel gehalten wird, der niedriger als der zweite Schwellenwert ist, auf der Grundlage eines Stromerfassungssignals (Is) von dem Stromerfassungselement (18), nachdem die Anomaliezeitakkumulationsschaltung (73) die Akkumulation beginnt, und außerdem ausgelegt ist, ein Löschsignal (CLR) auszugeben, wenn die Normaldauer eine zweite Bezugszeit erreicht, um die akkumulierte Zeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung und eine gezählte Anzahl der Anzahlzählerschaltung zurückzusetzen.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 12 oder 13, die außerdem aufweist: eine Rücksetzsperrschaltung, die ausgelegt ist, ein Rücksetzen einer akkumulierten Zeit der Anomaliezeitakkumulationsschaltung, das durch den Initialisierungsbetrieb durchgeführt wird, zu sperren, wenn die akkumulierte Zeit eine Rücksetzfreigabezeit erreicht, die kürzer als die dritte Bezugszeit ist.
Energieversorgungssteuerung (10, 210) nach einem der Ansprüche 3 bis 14, wobei das Halbleiterschaltelement ein Leistungs-FET ist; das Stromerfassungselement (18) ein Erfassungs-FET ist, durch den ein Erfassungsstrom (Is) fließt, der eine vorbestimmte Beziehung zu einem Laststrom (IL), der durch den Leistungs-FET fließt, aufweist; die erste Abnorm-Stromerfassungsschaltung (58, 258) das erste Abnorm-Stromsignal auf der Grundlage des Erfassungsstromes (Is) und des ersten Schwellenwertes (ILoc) ausgibt; und die zweite Abnorm-Stromerfassungsschaltung (59) das zweite Abnorm-Stromsignal auf der Grundlage des Erfassungsstromes (Is) und des zweiten Schwellenwertes (ILfc) ausgibt.
Energieversorgungssteuerung (10, 210) nach einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei die zweite Bezugszeit auf eine Zeit eingestellt ist, die länger als eine Kurzschlussperiode eines intermittierenden Kurzschlusses ist, der in einer externen Schaltung, die mit dem Halbleiterschaltelement verbunden ist, auftritt, was zu einer Rauchabgabe führt.
Energieversorgungssteuerung (10, 210) nach einem der Ansprüche 6 bis 16, die außerdem aufweist: eine Schaltsteuerschaltung (28), die ausgelegt ist, abwechselnd ein EIN-Signal und ein AUS-Signal wiederholt zu empfangen, und außerdem ausgelegt ist, das Halbleiterschaltelement auf der Grundlage einer Eingabe des EIN-Signals in einen leitenden Zustand zu schalten und das Halbleiterschaltelement auf der Grundlage einer Eingabe des AUS-Signals in einen Ausschaltzustand zu schalten; wobei die zweite Bezugszeit auf eine Zeit eingestellt ist, die länger als eine Ausschaltperiode ist, während der das Halbleiterschaltelement aufgrund einer jeweiligen Periode des AUS-Signals in einem Ausschaltzustand gehalten wird.
Energieversorgungssteuerung (10, 210) nach einem der Ansprüche 5 bis 17, wobei der zweite Schwellenwert auf einen Pegel eingestellt ist, der größer als ein Nennstrom der Last (11) und niedriger als ein Strom ist, der eine Rauchabgabe von einer externen Schaltung, die mit dem Halbleiterschaltelement verbunden ist, bewirkt.
Energieversorgungssteuerung (10, 210) nach einem der Ansprüche 3 bis 18, wobei jeder Wert des ersten Schwellenwertes (ILoc), der im Verlaufe der Zeit geändert wird, auf einen Pegel eingestellt wird, der niedriger als ein Rauchabgabestrom ist, der eine Rauchabgabe von einer externen Schaltung, die mit dem Halbleiterschaltelement verbunden ist, bewirkt, wenn dessen Anwendung eine Zeit lang andauert, die gleich einer dem Wert entsprechenden verstrichenen Zeit ist.
Energieversorgungssteuerung (10, 210) nach einem der Ansprüche 3 bis 19, wobei jeder Wert des ersten Schwellenwertes (ILoc), der im Verlaufe der Zeit geändert wird, auf einen Pegel eingestellt wird, der niedriger als ein Selbstzerstörungsstrom ist, der eine Selbstzerstörung des Halbleiterschaltelementes (14) bewirkt, wenn dessen Anwendung eine Zeit andauert, die gleich einer dem Wert entsprechenden verstrichenen Zeit ist.