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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltungsvorrichtung.
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Technologischer Hintergrund
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In einem Hybridfahrzeug und einem Elektrofahrzeug ist die Anzahl elektrischer Komponenten erhöht, und es ist eine Vielzahl von Steckverbindern angebracht, um die elektrischen Komponenten zu verbinden. Ein Steckverbinderanschluss in diesen Steckverbindern kann aufgrund eines Kurzschlusses zwischen Anschlüssen, der durch am Steckverbinderanschluss anhaftendes Fremdmaterial verursacht wird, oder aufgrund einer fehlerhaften Verdrahtung mit einer Batteriespannung beaufschlagt sein, und es besteht die Möglichkeit, dass es zu einem sogenannten Kurzschlusszustand kommt. Um einen durch den Kurzschluss verursachten Defekt der Vorrichtung zu verhindern, besteht ein Bedarf dahingehend, einen Einfluss auf eine an den Steckverbinderanschluss angeschlossene Last und eine interne elektrische Schaltungsvorrichtung zu beseitigen.
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Aus diesem Grund wird eine Anordnung offenbart, bei der eine Spannungsfolgerschaltung und ein parallel zur Spannungsfolgerschaltung angeschlossener Lead-out-Widerstand in einer Kurzschluss-Schutzschaltung vorgesehen sind, ein zweiter Ausgangsanschluss an eine Seite einer Parallelschaltung angeschlossen ist, die aus der Spannungsfolgerschaltung und dem Lead-out-Widerstand besteht, und die andere Seite an einen zweiten Eingangsanschluss angeschlossen ist (Patentliteratur 1). Deshalb wird in einem Fall, in dem der Steckverbinderanschluss kurzgeschlossen ist, ein Strom, der in die elektrische Schaltungsvorrichtung fließt, so gesteuert, dass ein Defekt der elektrischen Schaltungsvorrichtung verhindert wird. Ferner zeigt Patentliteratur 2 eine Überspannungsschutzschaltung, die Folgendes umfasst: einen High-Side-Eingang zur Verbindung mit einem positiven Anschluss einer externen Stromquelle; einen High-Side-Ausgang für den Anschluss an einen positiven Anschluss einer Last; einen Low-Side-Eingang für den Anschluss an einen negativen Anschluss der externen Stromquelle; einen Low-Side-Ausgang für den Anschluss an einen negativen Anschluss der Last; einen Transistor, der in Reihe zwischen dem Low-Side-Eingang und dem Low-Side-Ausgang geschaltet ist; und eine Steuerschaltung, die so geschaltet ist, dass sie die Spannung am High-Side-Eingang überwacht und als Reaktion auf einen erkannten Überspannungstransienten den Transistor AUS schaltet. Patentliteratur 3 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Eingang zum Anschließen an eine Quelle und einen Ausgang zum Anschließen der zu schützenden Gleichspannungsanordnung. Der Eingang und der Ausgang weisen je einen ersten Anschluss und je einen zweiten Anschluss auf. Die Schaltungsanordnung weist ferner ein erstes Schaltmittel auf, das einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen Steueranschluss hat. Dieses erste Schaltmittel ist über den Steueranschluss steuerbar und es ist selbstsperrend. Der erste Anschluss des ersten Schaltmittels ist mit dem zweiten Anschluss des Eingangs ohne Zwischenschaltung eines Knotens und der zweite Anschluss des Schaltmittels mit dem zweiten Anschluss des Ausgangs verbunden. Die Schaltungsanordnung weist zusätzlich ein Steuermittel auf.
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Literaturstellenliste
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Patentliteratur
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In einem Fall, in dem das in der obigen Patentliteratur 1 offenbarte Verfahren verwendet wird, kann eine interne elektrische Schaltungsvorrichtung, die mit dem Steckverbinderanschluss verbunden ist, bei einem Kurzschluss geschützt werden, aber eine an den Steckverbinderanschluss angeschlossene Last kann nicht geschützt werden.
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Lösung des Problems
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Eine elektrische Schaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, im Falle eines Kurzschlusses nicht nur eine interne elektrische Schaltungsvorrichtung, die an einen Steckverbinderanschluss angeschlossen ist, sondern auch eine an den Steckverbinderanschluss angeschlossene Last zu schützen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist ein Schaltplan einer elektrischen Schaltungsvorrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 ist ein Schaltplan einer elektrischen Schaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Nachstehend wird eine Anordnung der elektrischen Schaltungsvorrichtung mit Bezugnahme auf 1 beschrieben.
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Eine Last 103 ist zwischen einem positiven Anschluss 100 und einem negativen Anschluss 101 eines Steckverbinders angeschlossen. An den positiven Anschluss 100 ist eine Rückstromverhinderungsschaltung 104 über einen Widerstand 110 angeschlossen.
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Die Rückstromverhinderungsschaltung 104 ist mit einem Operationsverstärker 105, einer Diode 107, die mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 105 verbunden ist, und einem Widerstand 106 ausgestattet, der ausgehend von einer Kathode der Diode 107 mit der negativen Elektrodenseite des Operationsverstärkers 105 verbunden ist. Eine Leistungsquellenschaltung 108 ist mit einer positiven Elektrodenseite des Operationsverstärkers 105 verbunden. Darüber hinaus ist der Operationsverstärker 105 mit der Spannung V1 und der Masse beaufschlagt.
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Eine Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 105 und einer Anode der Diode 107 ist an einen Gate-Anschluss eines Schaltelements 109 angeschlossen. Das Schaltelement 109 ist zum Beispiel ein MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor). Ein Drain-Anschluss des Schaltelements 109 ist an den negativen Anschluss 101 des Steckverbinders angeschlossen, und ein Source-Anschluss des Schaltelements 109 ist mit Masse verbunden.
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Darüber hinaus ist ein Mikrokontroller 112 über einen Widerstand 111 mit dem positiven Anschluss 100 des Steckverbinders verbunden. Eine Verbindung zwischen dem positiven Anschluss 100 und dem Widerstand 111 ist über einen Widerstand 113 an Masse angeschlossen. Die Leistungsquellenschaltung 108 wird als Leistungsquelle für verschiedene Arten von Sensoren verwendet und ist hier zum Beispiel an einen Stromsensor 114 angeschlossen.
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Als Nächstes wird der Betrieb der elektrischen Schaltungsvorrichtung mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. In einem Fall, in dem eine Batteriespannung (zum Beispiel 14 V, nicht dargestellt) aufgrund eines Kurzschlusses zwischen Anschlüssen, der durch ein Fremdmaterial verursacht wird, das an einem Steckverbinderanschluss anhaftet, oder aufgrund einer fehlerhaften Verdrahtung des Steckverbinders am positiven Anschluss 100 kurzgeschlossen wird, nimmt eine Spannung des positiven Anschlusses 100 einen Spannungswert an, der so groß wie oder größer als eine Ausgangsspannung (zum Beispiel 5 V) der Leistungsquellenschaltung 108 wird, die die Leistung liefert.
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Wenn eine Spannung der Kathode der Diode 107 durch den Kurzschluss des positiven Anschlusses 100 zu einer Spannung wird, die so groß wie oder größer als die Ausgangsspannung der Leistungsquellenschaltung 108 ist, ändert sich eine Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 105 von der Ausgangsspannung (5 V) der Leistungsquellenschaltung 108 auf eine Spannung (0 V) eines Punkts, der an einen negativen Leistungsanschluss des Operationsverstärkers 105 angeschlossen ist.
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Wenn die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 105 zu 0 V wird, wird ein Spannungsunterschied zwischen dem Gate und der Source des Schaltelements 109 so groß wie oder größer als eine vorbestimmte Spannung. Deshalb treten das Drain und die Source des Schaltelements 109 in einen offenen Zustand ein, und der Stromfluss zum negativen Anschluss 101 ist blockiert. Mit anderen Worten wird das Schaltelement 109 gesteuert, indem eine Veränderung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 105 genutzt wird, die durch den Kurzschluss des positiven Anschlusses 100 verursacht wird. Daher ist es möglich, die Last 103 vor einem Überstrom zu schützen.
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Ein Widerstand, wie beispielsweise ein Thermistor, dessen Widerstand sich je nach Temperatur ändert, kann als Last 103 verwendet werden, die zwischen dem positiven Anschluss 100 und dem negativen Anschluss 101 angeschlossen ist. So ist zum Beispiel ein NTC-Thermistor (NTC = negativer Temperaturkoeffizient) ein Thermistor, dessen Widerstand sich mit steigender Temperatur reduziert, und der Widerstand ist bei einer hohen Temperatur deutlich kleiner als bei einer niedrigen Temperatur. Allerdings ist es selbst in einem Fall, bei dem eine solche Last 103 verwendet wird, möglich, den Fluss eines Überstroms zum Thermistor zu blockieren und den Thermistor durch den vorstehend beschriebenen Schaltungsbetrieb zu schützen.
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Darüber hinaus kann verhindert werden, dass der Strom während eines Kurzschlusses am positiven Anschluss 100 zur Leistungsquellenschaltung 108 fließt, indem die Rückstromverhinderungsschaltung 104 zur Leistungszufuhr einer Referenzspannung von der Leistungsquellenschaltung 108 verwendet wird. Im Allgemeinen wird für die Leistungsquellenschaltung 108 eine hochgenaue Leistungsquelle verwendet, aber ein Laststrom ist groß und das Steuerungsverhalten ist nicht zufriedenstellend, so dass es daher nicht möglich ist, eine hochgenaue Leistungsquelle zu verwenden. Allerdings ist es mit der Rückstromverhinderungsschaltung 104 möglich, eine hochgenaue Leistungsquelle zur Leistungszufuhr zu verwenden. Hierbei gibt die hochgenaue Leistungsquelle die Genauigkeit der Ausgangsspannung der Leistungsquelle an. Beispielsweise ist es in einem Fall, in dem ein Strom von 10 mA zur Last fließt, nicht möglich, eine Leistungsquelle einzusetzen, deren Nennleistung eine Spannung von 5 V ± 0,5% und einen Strom von maximal 5 mA für die Leistungszufuhr darstellt. Der Grund dafür besteht darin, dass die Leistungsquelle nicht in der Lage ist, den Strom von bis zu 5 mA abzugeben, während der Laststrom 10 mA erfordert. Um das Problem zu lösen, besteht ein Bedarf zur Verwendung einer Leistungsquelle, die einen Strom erzeugen kann, der so groß wie oder größer als der Laststrom (10 mA) für die Leistungsquelle der Leistungszufuhr ist. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, dass sich die Genauigkeit der Ausgangsspannung verschlechtert. Wenn jedoch die Rückstromverhinderungsschaltung 104 verwendet wird und zum Beispiel eine Leistungsquelle V1 eingesetzt wird, deren Nennleistung einer Spannung von 10 V ± 1 % und einem Strom von maximal 20 mA entspricht, kann die Leistungsquelle, deren Nennleistung einer Spannung von 5 V ± 0,5 % und einem Strom von maximal 5 mA entspricht, selbst in einem Fall unverändert verwendet werden, in dem ein Strom mit 10 mA für die Last 103 erforderlich ist, und die Leistungszufuhr wird ohne jede Veränderung auf 5 V ± 0,5 % gehalten. Darüber hinaus wird der Laststrom von der Leistungsquelle zugeführt, die im Operationsverstärker 105 verwendet wird. Deshalb ist es bei der Verwendung der Rückstromverhinderungsschaltung 104 möglich, eine hochgenaue Leistungsquelle für die Leistungsquellenschaltung 108 zu verwenden.
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Darüber hinaus wird die Leistungsquellenschaltung 108 als Leistungsquelle für verschiedene Arten von Sensoren verwendet. So ist zum Beispiel der Stromsensor 114 angeschlossen. In einem Fall, in dem die Ausgangsspannung der Leistungsquellenschaltung 108 direkt mit der Last 103 verbunden und die Batteriespannung zum positiven Anschluss 100 kurzgeschlossen ist, fließt der Strom rückwärts zur Ausgangsspannung der Leistungsquellenschaltung 108. Darüber hinaus besteht das Problem, dass ein Defekt oder eine Fehlfunktion verschiedener Arten von Sensoren auftreten kann, die an die Ausgangsspannung der Leistungsquellenschaltung 108 angeschlossen sind. Wenn zum Beispiel die Batteriespannung zum positiven Anschluss 100 kurzgeschlossen ist, können ungeachtet einer betriebsfreien Phase (ein Stadium, in dem die Leistung AUS ist) des Fahrzeugsystems die Sensoren eine Fehlfunktion verursachen, und es kann sich wie bei dem vorstehend beschriebenen Vorgang eine nachteilige Auswirkung auf das gesamte System ergeben. Wie in dieser Ausführungsform beschrieben, ist es bei Verwendung der Rückstromverhinderungsschaltung 104 zur Zeit eines Kurzschlusses am positiven Anschluss 100 möglich, einen Defekt oder eine Fehlfunktion von verschiedenen Arten von Sensoren zu verhindern, die an die Ausgangsspannung der Leistungsquellenschaltung 108 angeschlossen sind.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die folgende praktische Wirkung erzielt werden.
- (1) Die elektrische Schaltungsvorrichtung ist mit dem positiven Anschluss 100 und dem negativen Anschluss 101, an die die Last 103 angeschlossen ist, mit der Leistungsquellenschaltung 108, die die Ausgangsspannung liefert, der Rückstromverhinderungsschaltung 104, die zwischen einer Seite nahe der Ausgangsspannung der Leistungsquellenschaltung 108 und dem positiven Anschluss 100 angeschlossen ist, und dem Schaltelement 109 ausgestattet, das an den negativen Anschluss 101 angeschlossen ist. In einem Fall, in dem die Spannung des positiven Anschlusses 100 so groß wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, steuert die Rückstromverhinderungsschaltung 104 das Schaltelement 109, um den Stromfluss vom positiven Anschluss 100 zum negativen Anschluss 101 durch die Last 103 zu blockieren. Mit dieser Anordnung ist es möglich, zur Zeit eines Kurzschlusses nicht nur verschiedene Arten von inneren Sensoren, die an den positiven Anschluss 100 angeschlossen sind, sondern auch die Last 103 zu schützen, die zwischen dem positiven Anschluss 100 und negativen Anschluss 100 angeschlossen ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und es sind auch andere Ausführungsformen, die als zum Umfang des technischen Konzepts der Erfindung gehörend angesehen werden, vom Umfang der Erfindung umfasst, solange die Merkmale der Erfindung nicht beeinträchtigt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- positiver Anschluss
- 101
- negativer Anschluss
- 103
- Last
- 104
- Rückstromverhinderungsschaltung
- 105
- Operationsverstärker
- 107
- Diode
- 108
- Leistungsquellenschaltung
- 109
- Schaltelement
