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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers, welches ein PTC-Element und Ähnliches unter Last betreibt, die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, einschließlich der Lastantriebsvorrichtung und eines Laststromkreises zur Kurzschlusssicherung.
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Stand der Technik
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Beispiele bekannter Wärmequellen zu Heizzwecken, welche für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage für elektrische Fahrzeuge, Hybridfahrzeuge oder ähnliche Varianten verwendet werden, umfassen eine PTC-Heizung, welche einen positiven Temperaturkoeffizienten am Thermistor-Element (im Folgenden als „PTC-Element” bezeichnet) als Heizelement verwendet (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 und 2).
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Liste der Patentdokumente
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Patentliteratur
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- Patentdokument 1: Ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-277351A
- Patentdokument 2: Ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2013-159135A
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Kurzfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Jeder Verbraucher, wie auch das PTC-Element selbst, kann kurzgeschlossen werden. Obgleich eine Kurzschlusssicherung traditionell über einen Überspannungsschutz mittels Sicherung oder Mikrocomputer erreicht wird, benötigt eine solche Funktion oftmals eine lange Reaktionszeit, was möglicherweise einen Schaden an der Vorrichtung oder Ähnliches durch den Kurzschluss zur Folge hat.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers zu schaffen, welches in der Lage ist, die Reaktionsfähigkeit der Kurzschlusssicherung zu verbessern und die Stromversorgung zum Verbraucher schnell zu unterbrechen, wenn ein Kurzschluss bei einer Fahrzeug-Klimaanlage, der Verbraucherantriebsvorrichtung oder dem Laststromkreis zur Kurzschlusssicherung auftritt.
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Technische Lösung
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers mit einem ersten Schaltelement, welches die Spannungsversorgung zum Verbraucher ein- oder ausschaltet, einem Antriebsmittel für den Antrieb des ersten Schaltelements durch Anlegen eines Spannungssignals zum Ein- bzw. Ausschalten des ersten Schaltelements an einer Steuerklemme, sowie ein Spannungsausgabemittel zur Umwandlung eines Spannungsflusses durch den Verbraucher in eine Spannung sowie deren Ausgabe, und eine Kurzschlusssicherung für den Lastschaltkreis. Der Lastschaltkreis der Kurzschlusssicherung verfügt über ein Vergleichsmittel zur Feststellung eines Kurzschlusses und der Ausgabe eines HIGH-Signals, wenn die Ausgangsspannung einer vordefinierten Referenzspannung entspricht oder höher ist, sowie Möglichkeiten zur Beibehaltung eines HIGH-Signals zu Vergleichszwecken für eine vorbestimmte Dauer, einen ersten Widerstand innerhalb einer Steuerleitung, welches das Antriebsmittel und die Steuerklemme des ersten Schaltelements verbindet, einen zweiten Widerstand am Antriebsmittel auf der Seite des ersten Widerstands der Steuerleitung und ein zweites Schaltelement innerhalb einer Leitung, die ein Gebiet zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand und einer Masse verbindet, wobei ein zweites Schaltelement aktiviert wird, wenn der Ausgang des Vergleichsmittels ein HIGH-Signal ausgibt.
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Im Sinne der beschriebenen Eigenschaft erhöht sich die Ausgangsspannung der Spannungsausgabe, wenn ein Verbraucher einen Kurzschluss erleidet, was das Vergleichsmittel dazu bringt, zu erkennen, dass die Ausgangsspannung der Referenzspannung entspricht oder höher liegt als diese. Wird das HIGH-Signal von dem Vergleichsmittel ausgegeben, so wird das zweite Schaltelement aktiviert und die Steuerklemme des ersten Schaltelements und die Masse werden durch den ersten Widerstand miteinander verbunden. Im Ergebnis verringert sich die Spannung an der Steuerklemme des ersten Schaltelements und das erste Schaltelement wird deaktiviert. Dies macht es möglich, die Zeitdauer von der Erkennung des Kurzschlusses zum Abschalten des ersten Schaltelements zu verkürzen und daher die Reaktionsgeschwindigkeit bei einem Kurzschluss zu erhöhen. Im Weiteren wird das HIGH-Signal des Vergleichsmittels für eine vorbestimmte Zeit beibehalten und macht es so möglich, das zweite Schaltelement auf stabile Art und Weise während dieser Zeitdauer zu aktivieren. Dies vermeidet beispielsweise temporäre Schwankungen der Spannung im Verbraucher und eine darauf folgende Umkehrung des Ausgangs des Vergleichsmittels.
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Bei der oben beschriebenen Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers kann die Spannungsausgabe außerdem mit einem Nebenschlusswiderstand und einer nicht-invertierenden Verstärkerschaltung ausgestattet werden, welches sich als Spannungsabfall am Nebenschlusswiderstand abzeichnet und die verstärkte Spannung ausgibt.
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Eine derartige Verwendung des Nebenschlusswiderstands ermöglicht eine Erkennung des Stromflusses durch den Verbraucher als Stromspannung mithilfe einer simplen Vorrichtung. Ebenso ermöglicht eine solche Verwendung der nicht-invertierenden Verstärkerschaltung eine schnelle Verstärkung des Signals. Im Ergebnis kann die Erkennungsgeschwindigkeit für eine Stromspannung entschieden verbessert werden.
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Bei der oben beschriebenen Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers kann das Haltemittel über eine Diode, die mit der Ausgangsleitung des Vergleichsmittels in Durchflussrichtung, einem Kondensator zwischen der Kathodenseite der Diode an der Ausgangsleitung und einer Masse sowie einem parallel mit dem Kondensator verbundenen Widerstand ausgestattet sein.
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Bei einer solchen Konfiguration ist es möglich, das Ausgangssignal des Vergleichsmittels für eine vorbestimmte Zeitdauer mittels einer simplen Vorrichtung zu erhalten.
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Vorzugsweise wird die oben beschriebene Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers ebenfalls mit einem Betriebsverarbeitungsmittel ausgestattet, welche die Erkennung eines Kurzschlusses erlaubt, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsausgabe einer vorbestimmten Referenzspannung entspricht oder höher liegt und ein Cutoff-Signal zur Abschaltung des ersten Schaltelements generiert. Bei einer solchen Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers ist die vordefinierte Haltezeit länger als die Zeitspanne von der Erkennung des Kurzschlusses bis zum Abschalten des ersten Schaltelements durch das Cutoff-Signal.
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Als Folge ist es möglich, die Ausgabe des Vergleichsmittels als HIGH-Signal während der Zeitspanne von der Erkennung des Kurzschlusses bis zum Abschalten des ersten Schaltelements über das Cutoff-Signal von dem Betriebsverarbeitungsmittel beizubehalten. Dies ermöglicht eine verlässliche Abschaltung des ersten Schaltelements durch den Laststromkreis der Kurzschlusssicherung, bis das erste Schaltelement durch das Betriebsverarbeitungsmittel abgeschaltet wurde.
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Bei der oben beschriebenen Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers wird der Widerstandswert des ersten Widerstands vorzugsweise entsprechend der Induktivität zwischen der Stromversorgung und dem Verbraucher abgestimmt.
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Spitzen und Erhöhungen einer Stoßspannung und eines Kurzschlussstromes im Falle eines Kurzschlusses verändern sich entsprechend der Induktivität zwischen Stromversorgung und Verbraucher. Gleichermaßen bezieht sich der Widerstandswert des ersten Widerstands auf eine Ladezeit des ersten Schaltelements. Dementsprechend muss der Widerstandswert des ersten Widerstands auf einen angemessenen Wert entsprechend der Spitzen und Erhöhungsraten der Stoßspannung und des Kurzschlussstromes gesetzt werden, wenn ein Kurzschluss eintritt, um so Schäden am Element bei Auftreten eines Kurzschlusses zu verhindern.
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Bei der oben beschriebenen Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers können der erste und zweite Widerstand auch über einen einzigen variablen Widerstand im integrierten Stromkreis (IC) realisiert werden. Der Widerstandswert des ersten Widerstands und der Widerstandswert des zweiten Widerstands können durch Einstellen der Spannungsteilungsrate gemäß einer digitalen Anweisung vom Mikrocomputer gesetzt werden.
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Dies führt dazu, dass eine manuelle Einstellung des ersten Widerstands und des zweiten Widerstands nicht länger notwendig ist.
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Eine zweite Ausführungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ist eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge mit einer Heizung über ein PTC-Element und einer Vorrichtung, wie oben beschrieben, zur Ansteuerung eines Verbrauchers zum Betrieb des PTC-Elements.
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Die dritte Ausführungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung besteht in einem Laststromkreis für eine Kurzschlusssicherung für eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers. Die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers wird mit einem Antriebsmittel für das erste Schaltelement ausgestattet durch Anlegen einer Steuerspannung für das Ein- und Ausschalten des ersten Schaltelements an eine Steuerklemme des ersten Schaltelements, ein Spannungsausgangsmittel zur Umwandlung eines Stromes, der durch den Verbraucher fließt, in eine Spannung, und zum Ausgeben der Spannung, sowie ein Betriebsverarbeitungsmittel zur Erkennung eines Kurzschlusses und Ausgabe eines Aus-Steuersignals, wenn der Spannungsausgang eine bestimmte Referenzspannung übersteigt. Ein solcher Lastschaltkreis der Kurzschlusssicherung verfügt über ein Vergleichsmittel zur Feststellung eines Kurzschlusses und der Ausgabe eines HIGH-Signals, wenn die Ausgangsspannung einer vordefinierten Referenzspannung entspricht oder höher ist, sowie Möglichkeiten zur Beibehaltung eines HIGH-Signals zu Vergleichszwecken für eine vorbestimmte Dauer, einen ersten Widerstand innerhalb einer Steuerleitung, welches das Antriebsmittel und die Steuerklemme des ersten Schaltelements verbindet, einen zweiten Widerstand am Antriebsmittel auf der Seite des ersten Widerstands der Steuerleitung und ein zweites Schaltelement innerhalb einer Leitung, die einen Bereich zwischen dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand und einer Masse verbindet, wobei ein zweites Schaltelement aktiviert wird, wenn der Ausgang des Vergleichsmittels ein HIGH-Signal ausgibt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Durch diese Erfindung ist es möglich, die Reaktionsgeschwindigkeit bei Erkennung eines Kurzschlusses in einem Verbraucher oder Ähnlichem zu verbessern und schnell die Stromversorgung zum Verbraucher abzuschalten. Als Folge ist es möglich, Schäden am Element durch Überspannung und Stoßspannungen zu vermeiden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein schematisches Diagramm eines geschlossenen Stromkreises, der ein PTC-Element mit Strom aus einer Stromquelle versorgt.
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3 ist ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen Stoßspannung und der Kurzschluss-Wellenform bei relativ großer Induktivität zwischen der Stromversorgung und dem PTC-Element darstellt, sowie eine Stoßspannung und eine Kurzschluss-Wellenform, bei relativ kleiner Induktivität.
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4 ist ein Diagramm, das einen Vergleich zwischen der Spannung an einem Kollektor und einem Emitter, sowie einen Kollektorstrom für einen Clamp-Stromkreis und eine Spannung zwischen einem Kollektor und Emitter ohne Clamp-Stromkreis darstellt.
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5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers darstellt, wenn eine Vielzahl von PTC-Elementen gesteuert werden soll.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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[Erste Ausführungsform]
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Im Folgenden wird eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers, eine Fahrzeug-Klimaanlage mit einer solchen Lastantriebsvorrichtung und ein Laststromkreis zur Kurzschlusssicherung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm der Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Während 1 ein PTC-Element zur PTC-Heizung als Teil einer Fahrzeug-Klimaanlage als Beispiel für einen möglichen Verbraucher zeigt, ist die Anwendung nicht auf diesen spezifischen Fall beschränkt.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst als Hauptkomponenten die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers 1 einen IGBT 3 (Insulated Gate Bipolar Transistor) als erstes Schaltelement, das die Stromversorgung zu einem PTC-Element 2 als Verbraucher an- oder abschaltet, und einem Antriebsstromkreis 4, der den IGBT 3 antreibt, und eine Steuerung 5, die den Antriebsstromkreis 4 steuert, sowie einen Laststromkreis zur Kurzschlusssicherung 10.
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Der IGBT 3 besteht aus einem aktiven Clamp-Schaltkreis 35 mit Zenerdiode und einer Diode zwischen Kollektor und Gate. Der aktive Clamp-Schaltkreis 35 ermöglicht die Unterdrückung einer Stoßspannung und einen Ausgleich der Spannungswechselraten, wie in 4 dargestellt. In 4 zeigen die gestrichelten Linien eine Strom- und Spannungskurve ohne Ausstattung mit einem aktiven Clamp-Schaltkreis 35, während die durchgezogenen Linien eine Strom- und Spannungskurve mit einem aktivem Clamp-Schaltkreis 35 zeigen.
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Der Antriebsschaltkreis 4 betreibt den IGBT 3 durch Anlegen eines Spannungssignals an einem Gate (Leitungssteuerklemme) des IGBT 3 zur An- oder Abschaltung des IGBT 3. An die Stelle des IGBT 3 kann auch eine andere Vorrichtung treten. Beispiele für andere Vorrichtungen umfassen einen Feldeffekttransistor (FET) oder einen Metall-Oxid-Halbleiter (MOSFET).
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Die Steuerung 5, welche beispielsweise durch einen Mikrocomputer realisiert werden kann, ist für verschiedene Funktionen (wie beispielsweise die An- oder Abschaltung des PTC-Elements und der Kurzschlusssicherung) durch Laden eines Programms, das von einem Zusatzspeicher in einen Hauptspeicher geladen und dann über die CPU ausgeführt wird, zu nutzen. Eine standardmäßige Ein- und Ausschaltung des PTC-Elements kann durch den Einsatz bekannter Technologien erreicht werden.
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Die Funktion der Kurzschlusssicherung gibt ein Cutoff-Signal zur Abschaltung des PTC-Elements 2 an den Antriebsschaltkreis 4 aus, wenn beispielsweise ein Eingangssignal zur Kurzschlusserkennung an der Eingangsklemme A die vorher festgelegte Referenzspannung übersteigt.
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Der Schaltkreis der Kurzschlusssicherung 10 umfasst einen Ausgangsstromkreis 11, einen Vergleichsstromkreis 12, einen Haltestromkreis 13, einen ersten Widerstand 14, einen zweiten Widerstand 15 und ein FET (zweites Schaltelement) 16 als Hauptkomponenten.
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Der Ausgangsstromkreis 11 wandelt einen Strom, der durch das PTC-Element 2 fließt, in eine Spannung um und gibt diese aus. Der Ausgangsstromkreis 11 umfasst beispielsweise einen Nebenschlusswiderstand 11a und eine nicht-invertierende Verstärkerschaltung 11b, die die als Spannungsabfall auftretende Spannung am Nebenschlusswiderstand 11a verstärkt und diese verstärkte Spannung ausgibt. Der Vergleichsstromkreis 12 entdeckt einen Kurzschluss und gibt ein HIGH-Signal aus, wenn die Ausgangsspannung des Ausgangsstromkreises 11 einer vorher festgelegten Referenzspannung entspricht oder diese übersteigt. Wenn beispielsweise die Referenzspannung auf 5 V eingestellt ist, gibt der Vergleichsstromkreis 12 ein 5 V-Signal als HIGH-Signal aus, wenn die Ausgangsspannung des Ausgangsstromkreises 11 5 V oder höher ist.
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Der Haltestromkreis 13 behält das HIGH-Signal des Vergleichsstromkreises 12 für eine vorher festgelegte Zeitspanne bei. Der Haltestromkreis 13 umfasst dabei eine Diode 13a, die in Durchlassrichtung mit einer Ausgangsleitung 21 des Vergleichsstromkreises 12 verbunden ist, einen Kondensator 13b, der zwischen der Kathodenseite der Diode 13a an der Ausgangsleitung 21 angebracht ist, eine Masse und einen Widerstand 13c, der parallel mit dem Kondensator 13b verbunden ist. In diesem Falle ist die voreingestellte Zeitspanne länger als die Zeitspanne zwischen der Erkennung des Kurzschlusses durch die Steuerung 5 und der Aktivierung des Antriebsstromkreises 4 und einer darauf folgenden Abschaltung des IGBT 3, und eine Zeitkonstante des Haltestromkreises 13, also eine elektrostatische Kapazität des Kondensators 13b und einem Widerstandswert des Widerstands 13c, wird entsprechend dieser voreingestellten Zeitspanne definiert.
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Der erste Widerstand 14 ist an einer Steuerleitung 22 angebracht, welche den Antriebsstromkreis 4 und das Gate des IGBT 3 verbindet. Des weiteren befindet sich der zweite Widerstand 15 auf der Seite des Antriebsstromkreises 4 des ersten Widerstands 14 auf dieser Steuerleitung 22. Weitere Informationen zu den Widerstandswerten dieses ersten Widerstands 14 und des zweiten Widerstands 15 werden im weiteren Verlauf dargelegt.
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Der FET 16 befindet sich auf einer Leitung 23, welche einen Bereich zwischen dem ersten Widerstand 14 und dem zweiten Widerstand 15 und einer Masse verbindet und wird aktiviert, wenn der Vergleichsstromkreis 12 ein HIGH-Signal ausgibt. Ein weiteres Halbleiter-Schaltelement kann, beispielsweise, auch anstelle des FET 16 verwendet werden. In einem solchen Falle muss die Spannungsempfindlichkeit der Komponente der des FET 16 entsprechen.
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Die Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers 1 umfasst ebenfalls eine Verstärkerschaltung 30 zur Verstärkung einer Spannung am Nebenschlusswiderstand 11a und Einleitung einer verstärkten Spannung an der Eingangsklemme A der Steuerung 5, einen FET 31 zur Einleitung des vorher festgelegten Spannungssignals an der Eingangsklemme B der Steuerung 5, wenn der Vergleichsstromkreis 12 das HIGH-Signal ausgibt und einen Pull-Up-Widerstand 32.
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Wenn bei einer solchen Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers 1 ein PTC-Element 2 kurzgeschlossen wird und somit eine Überspannung verursacht, erhöht sich der Spannungsabfall am Nebenschlusswiderstand 11a und dieser Spannungswert wird über die nicht-invertierende Verstärkerschaltung 11b verstärkt und am Vergleichsstromkreis 12 eingeleitet. Im Vergleichsstromkreis 12 ist dann das eingeleitete Eingangssignal höher als die Referenzspannung und ein HIGH-Signal wird ausgegeben. In der Folge wird eine vorher festgelegte Spannung (beispielsweise 5 V) an der Ausgangsleitung 21 des Vergleichsstromkreises 12 angelegt und die FETs 16 und 31 werden angeschaltet. Der aktivierte FET 16 erlaubt einen Stromfluss vom Gate des IGBT 3 durch den ersten Widerstand 14. Daraufhin wird eine elektrische Ladung, die zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBT 3 gespeichert ist, abgegeben und die Spannung am Gate sinkt, was den IGBT 3 zum Abschalten bringt.
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Im Schutzstromkreis 13 sorgt das HIGH-Signal vom Vergleichsstromkreis 12 dafür, dass die elektrische Ladung im Kondensator 13b gespeichert und die Ausgabe des Vergleichsstromkreises 12 in diesem Zustand beibehalten wird, bis die elektrische Ladung schließlich über den Widerstand 13c abgegeben wird. Dementsprechend behält der IGBT 3 während dieser Zeit seinen abgeschalteten Zustand bei.
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In der Zwischenzeit wird die Spannung am Nebenschlusswiderstand 11a durch die Verstärkerschaltung 30 verstärkt und an der Eingangsklemme der Steuerung eingeleitet. In der Steuerung 5 werden der Spannungswert der Eingangsklemme A und der vorher festgelegte Referenzwert verglichen und ein Kurzschluss erkannt. Daraufhin tritt ein Unterbrechungssignal auf und ein Cutoff-Signal zur Abschaltung des IGBT 3 wird an den Antriebsstromkreis 4 ausgegeben. Der Antriebsstromkreis 4 wird aufgrund des Cutoff-Signals zur Abschaltung des IGBT 3 aktiviert. Daher wird der IGBT 3 durch das Cutoff-Signal der Steuerung 5 deaktiviert. Des weiteren führt die Abschaltung des IGBT 3 auf Anweisung der Steuerung 5 dazu, dass der Haltestromkreis 13 das HIGH-Signal nicht länger beibehält und somit am Vergleichsstromkreis 12 ein LOW-Signal ausgegeben wird.
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Im Folgenden werden nun die Widerstandswerte des ersten Widerstands 14 und des zweiten Widerstands 15 im Bezug auf die 2 beschrieben. 2 ist ein schematisches Diagramm eines geschlossenen Stromkreises, der ein PTC-Element 2 mit Strom aus einer Stromquelle 6 versorgt. Bei einem PTC-Element 2 der PTC-Heizung einer Fahrzeug-Klimaanlage wird die Stromversorgung 6 (beispielsweise eine Hochspannungsfahrzeugbatterie) über ein Kabel hergestellt. Hier hängt die Länge des Kabels maßgeblich vom Fahrzeugtyp ab und daher herrscht eine spezifische Induktivität L zwischen dem PTC-Element 2 und der Stromversorgung 6.
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Im Stromkreis der von der 2 gezeigt wird, wird ein Kurzschluss eingeleitet, wenn das PTC-Element 2 einem Kurzschluss unterliegt. Wenn der IGBT 3 in diesem Zustand abgeschaltet wird, tritt eine Stoßspannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 3 auf. Wenn die Länge des Kabels nun relativ kurz ist und die Induktivität L relativ gering, steigt die Kurzschlussspannung i scharf an, was mit anderen Worten bedeutet, dass die Steigung verhältnismäßig groß wird, was den Spitzenwert relativ groß werden lässt, wie die durchgezogene Linie in 3 zeigt. Entsprechend wird der Widerstand des ersten Widerstands 14 vorzugsweise auf einen kleineren Wert gesetzt wenn die Induktivität L relativ gering ist, damit der IGBT 3 schnellstmöglich getrennt wird, oder in anderen Worten, die elektrische Ladung, die zwischen Gate und Emitter des IGBT 3 gespeichert ist, abzugeben. Wird der erste Widerstand 14 auf einen kleineren Wert eingestellt, erhöht sich der Wert der Spannung, die über die Leitung 23 eingeleitet wird und die gespeicherte elektrische Ladung des IGBT 3 wird schnell abgegeben.
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Im Gegenzug, wenn die Länge des Kabels relativ kurz und die Induktivität L relativ groß ist, steigt die Kurzschlussspannung i behutsam an, doch die Stoßspannung zwischen dem Kollektor und Emitter des IGBT erhöht sich, wie die gestrichelte Linie in 3 zeigt. Wenn also die Induktivität L relativ groß ist, sollte der Widerstandswert des ersten Widerstands 14 vorzugsweise auf einen größeren Wert gesetzt werden, damit der IGBT 3 so langsam wie möglich getrennt wird. Wird der erste Widerstand 14 auf einen größeren Wert eingestellt, verringert sich der Wert der Spannung, die über die Leitung 23 eingeleitet wird und die gespeicherte elektrische Ladung des IGBT 3 wird langsam abgegeben.
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Daher stellt man den Widerstandswert des ersten Widerstands 14 vorzugsweise auf jedes einzelne Fahrzeug ein und berücksichtigt dabei die Induktivität L (siehe 2) zwischen dem PTC-Element 2 und der Stromversorgung 6, welches das PTC-Element 2 mit Strom versorgt, oder in anderen Worten, die Kabellänge und alle weiteren Faktoren. Beispielsweise kann der Widerstandswert des ersten Widerstands 14 auf einen passenden Wert eingestellt werden, indem man Simulationen und Vorabprüfungen durchführt, damit der IGBT 3 nicht aufgrund der Stoßspannung ausfällt und der Spitzenwert der Kurzschlussspannung nicht die zulässige Spannung des IGBT 3 und des PTC-Elements übersteigt.
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Hierbei ist zu beachten, dass die Steuerleitung 22, welche das Gate des IGBT 3 und den Antriebsstromkreis 4 verbindet, einen regulierten Widerstandswert zur normalen Schaltung benötigt. Dementsprechend wird der Wert, den man durch Subtrahieren des Widerstandswert des ersten Widerstands 14 von diesem regulierten Wert erhält, als Widerstandswert des zweiten Widerstands eingestellt.
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Die oben beschriebene Induktivität L ist von der Länge des Kabels abhängig. Daher kann der Wert durch Vorbereitung von Informationen (zum Beispiel mittels einer Tabelle) einstellt werden, mittels derer die Kabellänge und der ersten Widerstands 14 vorab in Bezug gesetzt werden, und der Widerstandswert für den ersten Widerstand entsprechend der Kabellänge jedes Fahrzeugs aufgrund dieser Informationen festgestellt werden kann.
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Wie oben beschrieben wird bei dieser Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers, einer Fahrzeug-Klimaanlage mit dieser Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers und einem Laststromkreis zur Kurzschlusssicherung nach der dargelegten Ausführungsform ein Kurzschluss im Ausgangsstromkreis 11 und dem Vergleichsstromkreis 12 schnell entdeckt und ein An-Signal aus dem Vergleichsstromkreis 12 ausgegeben. Dadurch werden die FETs 16 und 31 aktiviert und die elektrische Ladung zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBT 3 wird durch den ersten Widerstand 14 und Ähnliches abgegeben. Dies ermöglicht eine schnelle Abschaltung des IGBT 3. Wenn beispielsweise die Kurzschluss-Schutzfunktion der Steuerung 5 verwendet wird, also der Schutz vor einem Kurzschluss auf dem oben beschriebenen Cutoff-Signal basiert, werden ungefähr 10 μS vom Erkennen des Kurzschlusses bis zum Abschalten des IGBT 3 benötigt. Im Vergleich dazu kann bei der Verwendung eines Stromkreises zur Kurzschlusssicherung 10 im Sinne dieser Ausführungsform der IGBT 3 schon innerhalb von 2 bis 3 μS abgeschaltet werden. Daher macht eine Verwendung des Stromkreises zur Kurzschlusssicherung 10 im Sinne dieser Ausführungsform eine schnelle Erkennung eines Kurzschlusses möglich und beschleunigt die Reaktionszeit vom Auftreten des Kurzschlusses bis zur Abschaltung des IGBT 3.
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[Zweite Ausführungsform]
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Während der erste Widerstand 14 und der zweite Widerstand 15 in der ersten Ausführungsform als einzelne Widerstände dargestellt sind, können diese beiden auch in einem einzigen Regelwiderstand IC zusammengefasst werden. In diesem Falle werden die Widerstandswerte des ersten Widerstands 14 und des zweiten Widerstands 15 durch Anpassung der Spannungsteilungsrate durch einen digitalen Befehl des Mikrocomputers eingestellt.
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[Dritte Ausführungsform]
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Während in der Beschreibung der ersten Ausführungsform ein einzelnes PTC-Element 2 vorgesehen ist, ist die Anzahl der installierten PTC-Elemente 2 nicht beschränkt. Wenn also beispielsweise eine Vielzahl von PTC-Elementen 2 wie in 5 verwendet wird, wird jedem einzelnen PTC-Element 2 ein IGBT 3 zugeordnet. In diesem Falle müssen jeweils ein erster Widerstand 14, ein zweiter Widerstand 15 und ein FET 16 jedem IGBT 3 zugewiesen werden, es kann aber ein gemeinsamer Stromkreis für den Ausgangsstromkreis 11, den Vergleichsstromkreis 12 und den Haltestromkreis 13 verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde oben beschrieben, aber der Umfang dieser Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, wobei eine Vielzahl an Veränderungen vorgenommen werden kann, ohne von der ursprünglichen Intention der Erfindung abzurücken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers
- 2
- PTC-Element
- 3
- IGBT
- 4
- Antriebsstromkreis
- 5
- Steuerung
- 10
- Laststromkreis zur Kurzschlusssicherung
- 11
- Ausgangsstromkreis
- 11a
- Nebenschlusswiderstand
- 11b
- Nicht-invertierende Verstärkerschaltung
- 12
- Vergleichsstromkreis
- 13
- Haltestromkreis
- 13a
- Diode
- 13b
- Kondensator
- 13c
- Widerstand
- 14
- Erster Widerstand
- 15
- Zweiter Widerstand
- 16
- FET
