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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Schaltungen zur Ansteuerung von induktiven
Lasten und insbesondere eine Schaltung zur Ansteuerung einer induktiven
Last mit einer Funktion zum Schutz vor Verpolung.
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STAND DER TECHNIK
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Für
gewöhnlich wird dann, wenn eine induktive Last angesteuert
wird, eine Rückflussschaltung mit einer Diode als Überspannungsschutzschaltung verwendet.
Ferner wird für gewöhnlich dann, wenn ein Stromwert
der induktiven Last hoch ist, ein MOSFET als Ansteuervorrichtung
verwendet. Wenn die induktive Last jedoch zur Verwendung in einem
Fahrzeug gedacht ist, ist einer Verpolung der Batterie (der Energiequelle)
denkbar. Bei der Verpolung der Batterie besteht die Möglichkeit,
dass ein hoher Strom durch eine Freilaufdiode und eine Body-Diode
(parasitäre Diode) des MOSFET fließt, durch welchen
die Freilaufdiode, der MOSFET und die Verdrahtung beschädigt
werden können.
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Folglich
wird zur Vermeidung eines solchen Problems bei der Verpolung der
Batterie für gewöhnlich ein MOSFET in eine Batterieversorgungsleitung (Laststromversorgungsleitung)
eingefügt, so wie es beispielsweise in der
JP Nr. 2-179223 offenbart ist. Es
ist ferner bekannt, eine Diode oder ein mechanisches Relais einzufügen.
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Bei
solch einem Verfahren mit einem MOSFET und dergleichen, der in die
Batterieversorgungsleitung geschaltet wird, um zu verhindern, dass
der hohe Strom bei der Verpolung der Batterie fließt, fließt
jedoch ebenso in einem normalen Zustand ein vorbestimmter Strom
durch den eingefügten MOSFET, durch den ein ungewünschter
zusätzlicher Stromverbrauch verursacht wird. Ferner nimmt
die Komponentengröße dann, wenn das mechanische Relais
verwendet wird, in nachteiliger Weise zu.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend beschriebenen
Nachteile geschaffen, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Schaltung zur Ansteuerung einer induktiven Last bereitzustellen,
die im normalen Zustand weniger Strom verbraucht, während
sie in geeigneter Weise verhindern kann, dass der hohe Strom bei
der Verpolung der Batterie erzeugt wird.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Zum
Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgabe wird gemäß einer
ersten Ausgestaltung eine Schaltung zur Ansteuerung einer induktiven
Last bereitgestellt, die aufweist: einen Schaltkreis, der zwischen
einer Batterie und einer induktiven Last vorgesehen ist, wobei der
Schaltkreis bei einer normalen Batterieverbindung eine Stromzufuhr
zur induktiven Last ein- und ausschaltet und bei einer Verpolung
der Batterie dazu ausgelegt ist, Strom in einer Richtung entgegengesetzt
zu einer Richtung bei der normalen Batterieverbindung zu führen;
eine Steuerschaltung, welche das Ein- und Ausschalten des Schaltkreises steuert;
und eine Schutzschaltung, die parallel zur induktiven Last geschaltet
ist und einen Stromunterbrecher aufweist, wobei der Stromunterbrecher
wenigstens bei dem Schalten der Stromzufuhr zur induktiven Last
von Ein zu Aus durch den Schaltkreis bei der normalen Batterieverbindung
leitet, und der Stromunterbrecher bei der Verpolung der Batterie nicht
gemäß der Verpolung der Batterie leitet.
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Gemäß dem
Aufbau dieser Ausgestaltung kann bei der normalen Batterieverbindung
ein Stoßstrom durch die induktive Last, wenn die Stromzufuhr durch
den Schaltkreis von Ein zu Aus geschaltet wird, zurückfließen,
während die Schutzschaltung dann, wenn die Stromzufuhr
zur induktiven Last eingeschaltet ist, in einen nicht leitenden
Zustand versetzt werden kann, derart, dass der Stromverbrauch verringert
wird. Ferner leitet der Stromunterbrecher der Schutzschaltung bei
der Verpolung der Batterie nicht in Übereinstimmung mit
der Verpolung der Batterie oder, in anderen Worten, erfasst der
Stromunterbrecher der Schutzschaltung die Verpolung der Batterie selbst
und leitet nicht. Zu diesem Zeitpunkt fließt bei der Verpolung
der Batterie ein vorbestimmter Verpolungsstrom durch die induktive
Last, die parallel zur Schutzschaltung geschaltet ist, und den Schaltkreis. Folglich
kann bei der Verpolung der Batterie eine Erzeugung eines hohen Stroms
aufgrund eines Kurzschlusses usw. in geeigneter Weise verhindert
werden. Ferner kann der Aufbau der Schutzschaltung vereinfacht werden,
da es nicht erforderlich ist, zusätzlich eine Schaltung
vorzusehen, um die Verpolung der Batterie zu erfassen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltung zur Ansteuerung
einer induktiven Last gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bei einer normalen Batterieverbindung;
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2 zeigt
ein Zeitdiagramm der normalen Batterieverbindung gemäß der
ersten Ausführungsform;
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3 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung zur Ansteuerung einer
induktiven Last gemäß der ersten Ausführungsform
bei der Verpolung der Batterie;
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4 zeigt
ein Zeitdiagramm bei der Verpolung der Batterie gemäß der
ersten Ausführungsform;
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5 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung zur Ansteuerung einer
induktiven Last gemäß einer zweiten Ausführungsform
bei der normalen Batterieverbindung;
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6 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung zur Ansteuerung einer
induktiven Last gemäß der zweiten Ausführungsform
bei der Verpolung der Batterie;
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7 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung zur Ansteuerung einer
induktiven Last gemäß einer dritten Ausführungsform
bei der normalen Batterieverbindung; und
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8 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung zur Ansteuerung einer
induktiven Last gemäß der dritten Ausführungsform
bei der Verpolung der Batterie.
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- 10
- Schaltung
zur Ansteuerung einer induktiven Last
- 11
- Steuerschaltung
- 12
- N-Kanal-MOSFET
(Schaltkreis)
- 12A
- parasitäre
Diode
- 13,
13A, 13B
- Schutzschaltung
- D1,
D2, D3
- Freilaufdiode
(Diode)
- R1
- erster
Widerstand
- R2
- zweiter
Widerstand
- Q1
- npn-Bipolartransistor
(Transistor, Stromunterbrecher)
- Q2
- n-Kanal-MOSFET
(Feldeffekttransistor, Stromunterbrecher)
- Ba
- Batterie
- L
- Erregerspule
- M
- induktive
Last
- RLY
- Relais
- S
- Kontaktelement
(Stromunterbrecher)
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BESTE ART ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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<Erste
Ausführungsform>
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Nachstehend
wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. 1 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltung 10 zur
Ansteuerung einer induktiven Last gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Abbildung
den Zustand einer normalen Batterieverbindung zeigt. 2 zeigt
ein Zeitdiagramm bei der normalen Batterieverbindung. 3 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung 10 zur Ansteuerung
einer induktiven Last bei einer Verpolung der Batterie. 4 zeigt
ein Zeitdiagramm bei der Verpolung der Batterie.
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Die
Schaltung 10 zur Ansteuerung einer induktiven Last weist
eine Steuerschaltung 11, einen Schaltkreis 12 und
eine Schutzschaltung 13 auf. Bei dieser Ausführungsform
ist die Schaltung 10 zur Ansteuerung einer induktiven Last
in einem Fahrzeug vorgesehen und zwischen eine Batterie Ba und eine induktive
Last M (beispielsweise einen Motor zur Ansteuerung eines Motorkühlgebläses)
geschaltet, um eine Ansteuerung der induktiven Last M zu betreiben.
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Die
Steuerschaltung 11 weist beispielsweise eine CPU auf und
steuert einen Schaltvorgang (Ein/Aus) des Schaltkreises 12 über
ein PWM-Signal (Pulsbreitenmodulationssignal). Zur Steuerung des Schaltvorgangs
moduliert die Steuerschaltung 10 das Tastverhältnis
(Impulsbreite) des PWM-Signals je nach Bedarf in Übereinstimmung
mit der induktiven Last.
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Der
Schaltkreis 12 ist zwischen die Batterie Ba und die induktive
Last M geschaltet. Der Schaltkreis 12 ist beispielsweise,
wie in 1 gezeigt, aus einem n-Kanal-MOSFET mit einer
parasitären Diode 12A aufgebaut. Wenn die Batterie
Ba normal verbunden ist, schaltet der Schaltkreis 12 die
Stromzufuhr zur induktiven Last M in Übereinstimmung mit
dem an ein Gate G gelegten PWM-Signal um zwischen Ein und Aus. Bei
der Verpolung der Batterie Ba kann der Schaltkreis 12 den
Strom in einer Richtung über die parasitäre Diode 12A führen,
wobei die Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung bei der normalen Verbindung
der Batterie Ba verläuft.
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Die
Schutzschaltung 13 ist, wie in 1 gezeigt,
mit dem Schaltkreis 12 verbunden. Die Schutzschaltung 13 weist
einen Transistor (npn-Bipolartransistor) Q1, eine Diode (Freilaufdiode)
D1, einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R2 auf.
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Der
Emitter des Transistors (Beispiel für einen Stromunterbrecher)
Q1 ist mit dem Schaltkreis 12, insbesondere mit einer Source
S des n-Kanal-MOSFET verbunden. Der Kollektor des Transistors Q1
ist mit der Kathode der Diode D1 verbunden. Die Basis des Transistors
Q1 ist über den zweiten Widerstand R2 mit der Seite hohen
Potentials verbunden (bei der normalen Verbindung der Batterie Ba).
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Ferner
ist der erste Widerstand R1 zwischen die Basis und den Emitter des
Transistors Q1 geschaltet. Die Anode der Diode D1 ist, bei der normalen
Verbindung der Batterie Ba, mit der Seite niedrigen Potentials der
Batterie Ba verbunden, d. h. auf Masse gelegt.
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Es
sollte beachtet werden, dass der erste Widerstand R1 und der zweite
Widerstand R2 jeweilige Werte aufweisen, die derart festgelegt sind,
dass der Transistor Q1 beim Schalten der Stromzufuhr zur induktiven
Last M von Ein zu Aus durch den Schaltkreis 12 bei der
normalen Verbindung der Batterie Ba leitend geschaltet wird. Wenn
die Batteriespannung Vb 12 V beträgt, liegen die Werte
des ersten Widerstands R1 und des zweiten Widerstands R2 beispielsweise
jeweils bei einem (1) kΩ.
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Folglich
verhindert die Freilaufdiode D1 in der Schutzschaltung 13 bei
der normalen Verbindung der Batterie Ba, dass der Laststrom in die
Schutzschaltung 13 fließt. Ferner leitet dann,
wenn die Stromzufuhr zur induktiven Last M bei der normalen Verbindung
der Batterie Ba durch den Schaltkreis 12 von Ein zu Aus
umgeschaltet wird, der Kollektor-Emitter-Pfad des Transistors Q1.
Hierdurch kann ein Stoßstrom (ein Schutzschaltungsstrom)
Ib, der durch eine gegenelektromotorische Spannung der induktiven
Last M verursacht wird, über den Transistor Q1 zurückfließen.
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D.
h., bei der normalen Verbindung der Batterie Ba nimmt, wie in dem
Zeitdiagramm der 2 gezeigt, auf ein Einschalten
des FET 12 zu einem Zeitpunkt t1 in der 2 folgend
eine Spannung V1 an einem Knotenpunkt zwischen dem Schaltkreis 12 und
der Schutzschaltung 13 im Wesentlichen bis auf die Batteriespannung
Vb zu und wird die induktive Last M mit einem Laststrom Ia gespeist.
Anschließend verringert sich der Laststrom auf ein Ausschalten
des FET 12 zu einem Zeitpunkt t2 in der 2 folgend
und wird hiermit verbunden die gegenelektromotorische Spannung (negativer
Spannungsstoß) in der induktiven Last M erzeugt und das
Potential der Knotenpunktspannung V1 negativ. Die gegenelektromotorische
Spannung wird durch einen Durchlassspannungsabfall VF der Freilaufdiode
D1 und die EIN-Zustands- bzw. Durchlasszustandsspannung des Transistors
Q1 festgeklemmt, wobei diese festgeklemmte Spannung bewirkt, dass
der Stoßstrom Ib vorübergehend durch die Schutzschaltung 13 fließt. Auf
diese Weise wird die gegenelektromotorische Spannung aufgefangen.
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Demgegenüber
leitet die Schutzschaltung bei der Verpolung der Batterie Ba nicht.
D. h., auf die Verpolung der Batterie Ba zu einem Zeitpunkt t3 in der 4 folgend
nimmt eine Anodenspannung V2 der Freilaufdiode D1, wie im Zeitdiagramm
der 4 gezeigt, bis zur Batteriespannung Vb zu. Ferner
ist der zweite Widerstand R2 mit der Seite niedrigen Potentials
der Batterie Ba verbunden (siehe 3). Folglich
wird, da die Basis-Spannung des Transistors Q1 weder größer
noch gleich der Emitter-Spannung wird, der Transistor Q1 nicht leitend
geschaltet und fließt der durch die Verpolung der Batterie
Ba bedingte Verpolungsstrom (der Schutzschaltungsstrom) IB nicht.
Zu diesem Zeitpunkt fließt der Laststrom Ia in einer Richtung
durch die induktive Last M und die parasitäre Diode 12A,
wobei die Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung bei der normalen
Batterieverbindung verläuft (siehe 3 und 4).
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D.
h., selbst wenn die Batterie Ba umgekehrt verbunden wird, fließt
der vorbestimmte Laststrom Ia in Abhängigkeit des Widerstands
der induktiven Last M, während ein hoher Strom, wie beispielsweise
ein Kurzschlussstrom, nicht erzeugt wird. Folglich wird eine Beschädigung
des Schaltkreises (eines FET-Elements) 12, der Verdrahtung
usw. vermieden.
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<Effekt
der ersten Ausführungsform>
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Die
Schutzschaltung 13 und insbesondere der Kollektor-Emitter-Pfad
des Transistors Q1 leitet bei der ersten Ausführungsform,
wie vorstehend beschrieben, nur bei der Erzeugung der Überspannung aufgrund
der induktiven Last M bei der normalen Batterieverbindung, während
die Schutzschaltung 13 und insbesondere der Kollektor-Emitter-Pfad
bei der Verpolung der Batterie Ba nicht leiten. D. h., wenn die induktive
Last M über die Batterie Ba angesteuert wird, kann der
Stromverbrauch im normalen Zustand geringer sein, während
die gegenelektromotorische Spannung der induktiven Last M in geeigneter
Weise aufgefangen werden kann; ferner kann die Erzeugung des hohen
Stroms bei der Verpolung der Batterie Ba in geeigneter Weise verhindert
werden.
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Ferner
ist die Schutzschaltung 13 dazu ausgelegt, den Kollektor-Emitter-Pfad
des Transistors Q1 in Übereinstimmung mit der Verpolung
der Batterie Ba, d. h. durch eine selbstständige Erfassung
der Verpolung der Batterie Ba, auszuschalten bzw. zu sperren. Folglich
ist es nicht erforderlich, zusätzlich eine Schaltung vorzusehen,
um die Verpolung der Batterie Ba zu erfassen. Demgemäß kann
der Aufbau der Schutzschaltung vereinfacht werden.
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Ferner
ist die Schutzschaltung 13 einfach aufgebaut, einzig aus
dem Transistor Q1, der Diode D1, dem ersten Widerstand R1 und dem
zweiten Widerstand R2. Auf diese Weise kann der vorstehend beschriebene
Effekt mit dem vereinfachten Aufbau erzielt werden. Zusätzlich
kann, da der Transistor Q1 nicht in der Batterieversorgungsleitung
(der Laststromversorgungsleitung) vorgesehen ist, ein Bipolartransistor
geringer Größe und geringen Stromverbrauchs als
der Transistor Q1 verwendet werden. D. h., die Anzahl von Teilen
der Schutzschaltung 13 kann gering ausgelegt werden, so
dass eine Verkleinerung möglich ist.
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<Zweite
Ausführungsform>
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Nachstehend
wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die 2, 4, 5 und 6 beschrieben. 5 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung 10 zur Ansteuerung
einer induktiven Last der zweiten Ausführungsform, wobei
die Abbildung den Zustand einer normalen Batterieverbindung zeigt. 6 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung 10 zur Ansteuerung
einer induktiven Last gemäß der zweiten Ausführungsform,
wobei die Abbildung den Zustand einer Verpolung der Batterie zeigt.
Es sollte beachtet werden, dass gleiche Teile beider Ausführungsformen
mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Teile nachstehend nicht
wiederholt beschrieben werden. Ferner werden nachstehend, da sich
der Aufbau der Schaltung 10 zur Ansteuerung einer induktiven
Last gemäß der zweiten Ausführungsform
einzig im Aufbau der Schutzschaltung von der Schaltung 10 zur
Ansteuerung einer induktiven Last der ersten Ausführungsform
unterscheidet, einzig die Unterschiede der Schutzschaltungen beschrieben.
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Eine
Schutzschaltung 13A der Schaltung 10 zur Ansteuerung
einer induktiven Last gemäß der zweiten Ausführungsform
weist, wie in 5 gezeigt, einen Feldeffekttransistor
(einen n-Kanal-MOSFET) Q2, eine Diode (eine Freilaufdiode) D2 und
einen Widerstand R3 auf. D. h., in der Schutzschaltung 13A der
zweiten Ausführungsform ist der npn-Bipolartransistor Q1
der Schutzschaltung 13 der ersten Ausführungsform
durch den n-Kanal-MOSFET (Beispiel für den Stromunterbrechers
Q2 ersetzt.
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Die
Source des Feldeffekttransistors Q2 ist mit dem Schaltkreis 12,
insbesondere mit der Source S des FET-Elements 12 verbunden.
Der Drain des Feldeffekttransistors Q2 ist mit der Kathode der Diode
D2 verbunden. Das Gate des Feldeffekttransistors Q2 ist über
den Widerstand R3 mit der Seite hohen Potentials der Batterie Ba
verbunden (bei der normalen Verbindung der Batterie Ba). Ferner
ist die Anode der Diode D2 bei der normalen Verbindung der Batterie
Ba mit der Seite niedrigen Potentials der Batterie verbunden, d.
h. auf Masse gelegt.
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Gemäß diesem
Aufbau wird der Feldeffekttransistor Q2 bei der normalen Verbindung
der Batterie Ba durch die Batteriespannung Vb, die über
den Widerstand R3 angelegt wird, einzig beim Umschalten der Stromzufuhr
von Ein zu Aus durch den Schaltkreis 12 ein- bzw. leitend
geschaltet. Ferner wird der Feldeffekttransistor Q2 bei der Verpolung der
Batterie Ba gesperrt.
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Hierdurch
bedingt verhindert die Freilaufdiode D2 in der Schutzschaltung 13A bei
der normalen Verbindung der Batterie Ba, dass der Laststrom in die Schutzschaltung 13A fließt.
Ferner leitet dann, wenn die Stromzufuhr zur induktiven Last M durch
den Schaltkreis 12 bei der normalen Verbindung der Batterie
Ba von Ein zu Aus umgeschaltet wird, ein Drain-Source-Pfad des Transistors
Q2. Hierdurch kann eine durch die gegenelektromotorische Spannung
der induktiven Last M bedingte Stoßspannung (der Schutzschaltungsstrom) über
den Transistor Q2 zurück fließen.
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D.
h., ähnlich der ersten Ausführungsform nimmt die
Spannung V1 an einem Knotenpunkt zwischen dem FET 12 und
der Schutzschaltung 13A bei der normalen Verbindung der
Batterie Ba, wie im Zeitdiagramm der 2 gezeigt,
auf ein Einschalten des FET 12 zum Zeitpunkt t1 folgend
im Wesentlichen bis auf die Batterie spannung Vb zu und wird die induktive
Last M mit dem Laststrom Ia gespeist. Anschließend verringert
sich auf ein Ausschalten des FET 12 zum Zeitpunkt t2 in
der 2 folgend der Laststrom Ia und wird hiermit verbunden
die gegenelektromotorische Spannung (der negative Spannungsstoß)
in der induktiven Last M erzeugt, während das Potential
der Knotenspannung V1 einen negativen Wert annimmt. Die gegenelektromotorische Spannung
wird durch den Durchlassspannungsabfall VF der Freilaufdiode D2
und die Durchlassspannung des Transistors Q2 festgeklemmt, wobei
diese festgeklemmte Spannung bewirkt, dass der Stoßstrom
Ib vorübergehend durch den Transistor Q2 der Schutzschaltung 13A fließt.
Auf diese Weise wird die gegenelektromotorische Spannung aufgefangen.
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Demgegenüber
leitet die Schutzschaltung 13A bei der Verpolung der Batterie
Ba nicht. D. h., wie im Zeitdiagramm der 4 gezeigt,
nimmt die Anodenspannung der Freilaufdiode D2 auf die Verpolung
der Batterie Ba zu einem Zeitpunkt t3 in der 4 folgend
bis zur Batteriespannung Vb zu. Ferner ist der Widerstand R3 mit
der Seite niedrigen Potentials der Batterie Ba verbunden (siehe 6). Folglich
wird, da die Gate-Spannung des Transistors Q2 weder größer
noch gleich der Source-Spannung wird, der Transistor Q2 nicht leitend
geschaltet und fließt der Verpolungsstrom (der Schutzschaltungsstrom)
Ib, der durch die Verpolung der Batterie Ba verursacht wird, nicht.
Zu diesem Zeitpunkt fließt der Laststrom Ia in der Richtung
entgegengesetzt zur Richtung bei der normalen Batterieverbindung über die
induktive Last M und die parasitäre Diode 12A (siehe 6).
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D.
h., auch bei der Verpolung der Batterie Ba fließt der vorbestimmte
Laststrom Ia in Abhängigkeit des Widerstandswerts der induktiven
Last M, während der hohe Strom, wie beispielsweise der
Kurzschlussstrom, in der Schaltung 10 zur Ansteuerung einer
induktiven Last nicht erzeugt wird. Auf diese Weise wird eine Beschädigung
des Schaltkreises (des FET-Elements) 12, der Verdrahtung
usw. vermieden.
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<Effekt
der zweiten Ausführungsform>
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Die
zweite Ausführungsform kann, wie vorstehend beschrieben,
ebenso einen Effekt ähnlich dem der ersten Ausführungsform
hervorbringen. Ferner kann, da die Anzahl der Widerstände
in der Schutzschaltung verringert werden kann, die Anzahl von Teilen
der Schutzschaltung weiter verringert werden, so dass eine Verkleinerung
möglich ist.
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<Dritte
Ausführungsform>
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Nachstehend
wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die 2, 4, 7 und 8 beschrieben. 7 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung 10 zur Ansteuerung
einer induktiven Last gemäß der dritten Ausführungsform,
wobei die Abbildung den Zustand einer normalen Batterieverbindung
zeigt. 8 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der Schaltung 10 zur
Ansteuerung einer induktiven Last der dritten Ausführungsform,
wobei die Abbildung den Zustand einer Verpolung der Batterie zeigt.
Es sollte beachtet werden, dass gleiche Teile der ersten und dritten
Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen
sind und die Teile nachstehend nicht wiederholt beschrieben werden. Ferner
werden nachstehend, da sich der Aufbau der Schaltung 10 zur
Ansteuerung einer induktiven Last gemäß der dritten
Ausführungsform einzig im Aufbau der Schutzschaltung von
der Schaltung 10 zur Ansteuerung einer induktiven Last
der ersten Ausführungsform unterscheidet, einzig die Unterschiede
der Schutzschaltungen beschrieben.
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Eine
Schutzschaltung 13B gemäß der dritten Ausführungsform
weist, wie in 7 gezeigt, ein Relais RLY, eine
erste Diode (eine Freilaufdiode) D3 und eine zweite Diode D4 auf.
Das Relais RLY weist eine Erregerspule L und ein normal geschlossenes
Kontaktelement (Beispiel für den Stromunterbrecher) SP auf.
Die Erregerspule L weist einen ersten Anschluss T1 und einen zweiten
Anschluss T2 auf. Das Kontaktelement SP weist einen ersten Kontakt
P1 und einen zweiten Kontakt P2 auf. Der erste Kontakt P1 und der zweite
Kontakt P2 werden über ein bewegliches Teil P3 miteinander
verbunden oder voneinander getrennt. Wenn die Erregerspule L nicht
erregt wird, sind der erste Kontakt P1 und der zweite Kontakt P2 über
das bewegliche Teil P3 miteinander verbunden.
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Die
Anode der ersten Diode D3 ist mit dem ersten Kontakt P1 des Kontaktelements
SP verbunden. Die Kathode der ersten Diode D3 ist mit dem Schaltkreis 12,
insbesondere mit der Source S des FET-Elements 12 verbunden.
Die Kathode der zweiten Diode D4 ist mit der Seite hohen Potentials
der Batterie verbunden (bei der normalen Batterieverbindung). Die
Anode der zweiten Diode D4 ist mit dem ersten Anschluss T1 der Erregerspule
L verbunden. Ferner sind der zweite Anschluss T2 der Erregerspule
L und der zweite Kontakt P2 des Kontaktelements Sp bei der normalen
Verbindung der Batterie Ba mit der Seite niedrigen Potentials der
Batterie Ba verbunden, d. h. auf Masse gelegt.
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Gemäß diesem
Aufbau wird, bei der normalen Verbindung der Batterie Ba, da die
zweite Diode D4 den Strom von der Batterie Ba verhindert, die Erregerspule
I nicht durch die Spannung Vb der Batterie Ba erregt, so dass das
Kontaktelement SP den leitenden Zustand aufweist. Demgegenüber
wird die Erregerspule L bei der Verpolung der Batterie Ba durch
die Batteriespannung Vb erregt, so dass das Leiten des Kontaktelements
SP unterbrochen wird.
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Folglich
verhindert die Freilaufdiode D3 in der Schutzschaltung 13B bei
der normalen Verbindung der Batterie Ba, dass der Laststrom in die Schutzschaltung 13B fließt.
Ferner weist das Kontaktelement SP des Relais RLY beim Umschalten
der Stromzufuhr zur induktiven Last M von Ein zu Aus durch den Schaltkreis 12 bei
der normalen Verbindung der Batterie Ba den leitenden Zustand auf.
Hierdurch kann der Stoßstrom (der Schutzschaltungsstrom)
Ib, der durch die gegenelektromotorische Spannung der induktiven
Last M verursacht wird, über das Kontaktelement SP zurückfließen.
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D.
h., ähnlich der ersten Ausführungsform, nimmt
die Spannung V1 an einem Knotenpunkt zwischen dem FET 12 und
der Schutzschaltung 13B bei der normalen Verbindung der
Batterie Ba, wie in dem Zeitdiagramm der 2 gezeigt,
auf ein Einschalten des FET 12 zum Zeitpunkt t1 folgend
im Wesentlichen bis auf die Batteriespannung Vb zu und wird die induktive
Last M mit dem Laststrom Ia gespeist. Anschließend verringert
sich auf ein Ausschalten des FET 12 zum Zeitpunkt t2 in
der 2 folgend der Laststrom Ia und wird hiermit verbunden
die gegenelektromotorische Spannung in der induktiven Last M erzeugt.
Die gegenelektromotorische Spannung bewirkt, dass der Stoßstrom
Ib vorübergehend durch den Transistor Q2 der Schutzschaltung 13B fließt. Auf
diese Weise wird die gegenelektromotorische Spannung aufgefangen.
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Demgegenüber
wird das Leiten des Kontaktelements SP in der Schutzschaltung 13B bei
der Verpolung der Batterie Ba unterbrochen. D. h., die Spannung
V2 des zweiten Anschlusses T2 der Erregerspule L nimmt, wie in dem
Zeitdiagramm der 4 gezeigt, auf die Verpolung
der Batterie Ba zum Zeitpunkt t3 in der 4 folgend
bis auf die Batteriespannung Vb zu, wobei die Erregerspule L erregt
wird. Mit der Erregung der Erregerspule L verbunden entfernt sich
das bewegliche Teil P3 des Kontaktelements SP vom zweiten Kontakt
P2. D. h., die Verbindung zwischen dem ersten Kontakt P1 und dem
zweiten Kontakt P2 des Kontaktelements SP wird gelöst (siehe 8).
Folglich fließt der durch die Verpolung der Batterie Ba
verursachte Stoßstrom (der Schutzschaltungsstrom) Ib nicht.
Zu diesem Zeitpunkt fließt der Laststrom Ia in der Richtung
entgegengesetzt zur Richtung bei der normalen Batterieverbindung
durch die induktive Last M und die parasitäre Diode 12A (siehe 8).
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D.
h., auch bei der Verpolung der Batterie Ba fließt der vorbestimmte
Laststrom Ia in Abhängigkeit des Widerstandswerts der induktiven
Last M und wird der hohe Strom, wie beispielsweise der Kurzschlussstrom,
nicht in der Schaltung 10 zur Ansteuerung einer induktiven
Last erzeugt. Folglich wird eine Beschädigung des Schaltkreises
(des FET-Elements) 12, der Verdrahtung usw. bei der Verpolung
der Batterie vermieden.
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<Effekt
der dritten Ausführungsform>
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Auch
bei der dritten Ausführungsform leitet die Schutzschaltung 13B oder
insbesondere das Kontaktelement SP des Relais RLY bei der normalen Batterieverbindung
und fließt der Stoßstrom einzig bei der Erzeugung
der Überspannung bzw. Stoßspannung durch das Kontaktelement
SP. Demgegenüber wird bei der Verpolung der Batterie die
Erregerspule L erregt, so dass das Kontaktelement SP des Relais
RLY nicht leitet. D. h., wenn die induktive Last M über
die Batterie Ba angesteuert wird, kann im normalen Zustand der Stromverbrauch
verringert werden, während die gegenelektromotorische Spannung der
induktiven Last M in geeigneter Weise aufgefangen werden kann; und
ferner kann bei der Verpolung der Batterie die Erzeugung des hohen
Stroms in geeigneter Weise verhindert werden.
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Ferner
ist die Schutzschaltung 13B in einfacher Weise einzig aus
dem Relais RLY, der ersten Diode D3 und der zweiten Diode D4 aufgebaut.
Folglich kann der vorstehend beschriebene Effekt mit einem vereinfachten
Aufbau realisiert werden. Zusätzlich kann, da das Relais
nicht in der Batterieversorgungsleitung vorgesehen ist, ein Relais
RLY geringer Größe und geringen Stromverbrauchs
als das Relais RLY verwendet werden.
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<Weitere
Ausführungsformen>
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschränkt;
es sollen beispielsweise die folgenden Ausführungsformen
als mit im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet verstanden
werden.
- (1) Der Aufbau der Schutzschaltung
ist nicht auf den Aufbau der Schutzschaltungen (13 bis 13B) der
ersten bis dritten Ausführungsform beschränkt.
Die Schutzschaltung muss keine Schutzschaltung sein, die parallel
zur induktiven Last geschaltet ist, und den Stromunterbrecher aufweisen,
der wenigstens beim Umschalten der Stromzufuhr von Ein zu Aus durch
den Schaltkreis bei der normalen Batterieverbindung leitet, während
er bei der Verpolung der Batterie nicht in Übereinstimmung
mit der Verpolung leitet, d. h. die Verpolung selbstständig
erfasst und nicht leitet.
- (2) Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
dienen als Beispiele für einen Fall, in welchem die Schaltung 10 zur
Ansteuerung einer induktiven Last beispielsweise in einem Fahrzeug vorgesehen
ist und den Motor zum Antreiben eines Motorkühlgebläses
als die induktive Last M ansteuert. Die Schaltung zur Ansteuerung
einer induktiven Last der vorliegenden Erfindung kann auf jeden
beliebigen Fall angewandt werden, bei welchem die Schaltung zur
Ansteuerung einer induktiven Last zwischen die Batterie Ba und die
induktive Last M geschaltet ist.
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Zusammenfassung
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SCHALTUNG ZUR ANSTEUERUNG
EINER INDUKTIVEN LAST
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Eine
Schaltung (10) zur Ansteuerung einer induktiven Last weist
eine Steuerschaltung (11) und eine Schutzschaltung (13)
auf. Die Steuerschaltung (11) steuert ein Schalten eines
Schaltkreises (12). Bei einer normalen Verbindung einer
Batterie Ba schaltet der Schaltkreis (12) eine Stromzufuhr
zu einer induktiven Last M zwischen Ein und Aus um. Bei einer Verpolung
der Batterie Ba kann der Schaltkreis (12) Strom in einer
Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung bei der normalen Batterieverbindung führen.
Die Schutzschaltung (13) weist einen Stromunterbrecher
(Q1) auf, der wenigstens bei einem Schalten der Stromzufuhr von
Ein zu Aus durch den Schaltkreis (12) bei der normalen
Batterieverbindung leitet, und der bei der Verpolung nicht gemäß der
Verpolung leitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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