DE112019004836T5

DE112019004836T5 - Lastantriebsgerät und getriebeantriebssystem

Info

Publication number: DE112019004836T5
Application number: DE112019004836.8T
Authority: DE
Inventors: Keishi KOMORIYAMA; Yoichiro Kobayashi
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-06-10
Also published as: JP7085017B2; JPWO2020095561A1; US11881846B2; CN112912738B; CN112912738A; WO2020095561A1; US20220014183A1

Abstract

Um eine Verschlechterung in der Genauigkeit der Strommessung aufgrund unterschiedlicher Verschlechterung zwischen einem Haupt-MOS und einem Mess-MOS zu vermeiden, umfasst ein Lastantriebsgerät einen Haupt-MOS (101) zum Zuführen eines Laststroms an eine Last, einen Mess-MOS (102) zum Erfassen des Laststroms, eine Ausgleichsstufe (110) und einen Schalter (120), die parallel zwischen dem Source-Anschluss des Haupt-MOS und dem Source-Anschluss des Mess-MOS liegen. Der Drain-Anschluss des Haupt-MOS und der Drain-Anschluss des Mess-MOS haben eine gemeinsame Verbindung. Wird Strom erfasst, so werden die Klemmenspannung des Haupt-MOS und die Klemmenspannung des Mess-MOS durch die Ausgleichsstufe ausgeglichen und der Schalter geöffnet. Wird kein Strom erfasst, so wird die Ausgleichsstufe angehalten, und die Source-Anschlüsse des Haupt-MOS und des Mess-MOS werden durch den Schalter kurzgeschlossen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastantriebsgerät und ein Getriebeantriebssystem.
Als Strommessschaltung für ein Lastantriebsgerät usw. ist es bekannt, ein MOS-Messverfahren abzuwenden, bei dem ein zu einem Laststrom (Antriebsstrom) proportionaler Messstrom entsprechend dem Verhältnis der Durchlasswiderstände eines Haupt-MOSFET für einen Treiber (im Folgenden: Haupt-MOS) und eines Mess-MOSFET zur Strommessung (im Folgenden: Mess-MOS) ausgegeben wird (siehe z.B. PTL 1). Die in PTL 1 beschriebene Strommessschaltung ist mit einer Ausgleichsstufe versehen, die die Klemmenspannungen des Haupt-MOS und des Mess-MOS ausgleicht. Wird der Laststrom von dem Haupt-MOS ausgegeben, so gleicht die Ausgleichsstufe die Klemmenspannungen von Haupt-MOS und Mess-MOS aneinander an, um die Strommessgenauigkeit zu verbessern.
Zitatenliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2017-208814 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In dem oben erwähnten MOS- Messverfahren ist es wichtig, dass das Verhältnis der Durchlasswiderstände zwischen dem Haupt-MOS, der den Laststrom ausgibt, und dem Mess-MOS konstant gehalten wird. Der hier angesprochene Durchlasswiderstand ist ein Widerstand in einem tiefen linearen Bereich, in dem der Drain-Source-Strom des MOSFETs und die Drain-Source-Spannung proportional zueinander sind. In dem linearen Bereich können MOSFETs grob als lineare Widerstände betrachtet werden. Da sich dieser Durchlasswiderstand in Abhängigkeit von physikalischen Eigenschaften, etwa der Schwellenspannung Vth und der Kanalbeweglichkeit zusätzlich zu den Temperaturzuständen des MOSFETs ändert, ist es erwünscht, dass die Temperaturzustände und physikalischen Eigenschaften von Haupt-MOS und Mess-MOS aneinander angepasst sind.
Von den obigen Parametern wird der Temperaturzustand durch die Umgebungstemperatur und den Betriebsmodus bestimmt und lässt sich dadurch lösen, dass der Haupt-MOS und der Mess-MOS räumlich benachbart angerordnet werden. Andererseits kann bezüglich der physikalischen Eigenschaften beispielsweise ein als Heißträgerinjektion bekanntes Verschlechterungsmodell dauernde Schwankungen in den charakteristischen Werten verursachen. Insbesondere dann, wenn das Ausmaß der Verschlechterung aufgrund Heißträgerinjektion zwischen dem Haupt-MOS und dem Mess-MOS nicht gleichförmig ist, ändert sich das Durchlasswiderstands-Verhältnis, und die Proportionalität zwischen dem Laststrom und dem Messstrom bricht zusammen, so dass sich die Strommessgenauigkeit verschlechtert.
In der in PTL 1 beschriebenen Strommessschaltung lässt sich das Ausmaß der Verschlechterung infolge Heißträgerinjektion oder dergleichen dadurch vergleichmäßigen, dass die Klemmenspannungen des Haupt-MOS und des Mess-MOS mittels einer mit einem Operationsverstärker arbeitenden Ausgleichsstufe angeglichen werden. Wird jedoch kein Strom gemessen, so wird die Spannungsdifferenz zwischen dem Haupt-MOS und dem Mess-MOS groß, und es wird schwierig, die Klemmenspannungen des Haupt-MOS und des Mess-MOS mittels eines Operationsverstärkers mit engem Arbeitsspannungsbereich auszugleichen.
Wie oben beschrieben, sind die Beanspruchungen aufgrund von Spannungsunterschieden zwischen dem Haupt-MOS und dem Mess-MOS verschieden, wie auch das Ausmaß der Verschlechterung des Haupt-MOS und des Mess-MOS verschieden ist, so dass sich die Strommessgenauigkeit verschlechtert. In diesem Fall kann daran gedacht werden, einen Operationsverstärker mit breitem Arbeitsspannungsbereich einzusetzen, doch besteht dann das Problem, dass die Schaltungskonfiguration kompliziert wird.
Die Erfindung ist angesichts der obigen Umstände entstanden, und ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Lastantriebsgerät und ein Getriebeantriebssystem zu schaffen, die eine Verschlechterung in der Genauigkeit der Strommessung aufgrund eines unterschiedlichen Ausmaßes der Verschlechterung zwischen Haupt-MOS und Mess-MOS verhindert.
Problemlösung
Das Lastantriebsgerät gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Lastantriebsgerät zum Antreiben einer Last entsprechend einem Laststrom und zum Messen des Laststroms. Das Lastantriebsgerät enthält einen Haupt-MOSFET, der den Laststrom ausgibt, und einen Mess-MOSFET, der zum Messen des Laststroms dient, eine Ausgleichsstufe, die zwischen einem Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und einem Hauptanschluss des Mess-MOSFET vorgesehen ist, und einen Schalter, der parallel zu der Ausgleichsstufe zwischen einem Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und einem Hauptanschluss des Mess-MOSFET liegt. Ein weiterer Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und ein weiterer Hauptanschluss des Mess-MOSFET sind miteinander verbunden. Wenn Strom gemessen wird, gleicht die Ausgleichsstufe die Klemmenspannung des Haupt-MOSFET und die Klemmenspannung des Mess-MOSFET aneinander an, und der Schalter wird geöffnet. Wird kein Strom gemessen, so wird die Ausgleichsstufe angehalten, und über den Schalter wird ein Hauptanschluss des Haupt-MOSFET mit einem Hauptanschluss des Mess-MOSFET kurzgeschlossen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Erfindung lässt sich eine Verschlechterung in der Genauigkeit der Strommessung dadurch verhindern, dass mittels einer Ausgleichsstufe, die einen Ausgleicht bewirkt, wenn Strom gemessen wird, und eines Schalters, der kurzgeschlossen wird, wenn kein Strom gemessen wird, das Ausmaß der Verschlechterung des Haupt-MOSFET an das des Mess-MOSFET angeglichen wird. Weitere Merkmale der Erfindung erhellen aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Weitere Gegenstände, Konfigurationen und Effekte über das oben Gesagte hinaus ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Lastantriebsgerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 ist ein Zeitdiagramm des in 1 gezeigten Lastantriebsgerätes.
3 ist ein Schaltbild einer L-Laststeuerschaltung gemäß dem ersten Ausfüh ru ngsbeispiel.
4 ist ein Zeitdiagramm der in 3 gezeigten Laststeuerschaltung.
5 ist eine schematische Darstellung eines Lastantriebsgerätes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
6 ist ein Schaltbild einer L-Laststeuerschaltung gemäß einem zweiten Ausfüh ru ngsbeispiel.
7 ist ein Blockdiagramm eines Getriebeantriebssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränken den Schutzumfang der Erfindung nicht. Für die erfindungsgemäße Lösung sind nicht alle in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Elemente und Kombinationen wesentlich.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
1 ist eine schematische Ansicht eines Lastantriebsgerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Wie in 1 gezeigt, ist das Lastantriebsgerät mit einer Laststeuerschaltung ausgebildet, die eine Last 280 (siehe 3) und eine den an die die Last 280 ausgegebenen Laststrom ILOAD messende Strommessschaltung ansteuert. Die Laststeuerschaltung ist mit einem Haupt-MOS 101 versehen, der einen Schalter im Strompfad des Laststroms ILOAD von einer Spannungsquelle BATT zu der Last 280 (im Folgenden als Laststrompfad bezeichnet) betätigt. Außerdem ist die Laststeuerschaltung mit einem Mess-MOS 102 versehen, der als Schalter im Strompfad eines Messstroms ISENSE (im Folgenden als Messstrompfad bezeichnet) von der Spannungsquelle BATT zu einem ADC (Analog/Digital-Wandler) 270 (siehe 3) arbeitet.
Am Gate-Anschluss des Haupt-MOS 101 liegt ein Steuersignal 151, wobei der Haupt-MOS 101 durch Steuern der Gate-Spannung EIN- und AUS-geschaltet wird. Der Darin-Anschluss (der andere Hauptanschluss) des Haupt-MOS 101 ist mit der Spannungsquelle BATT verbunden, während der Source-Anschluss (der andere Hauptanschluss) des Haupt-MOS 101 mit einem Knoten N1 in dem Laststrompfad verbunden ist. Der Laststrom ILOAD wird der Last 280 durch den Haupt-MOS 101 über den Knoten N1 zugeführt.
Auf diese Weise gibt der Haupt-MOS 101 den Laststrom ILOAD aus. Die Last muss keine induktive Last sein; sie kann auch eine Widerstandslast sein.
Der Gate-Anschluss des Mess-MOS 102 ist mit dem Gate-Anschluss des Haupt-MOS 101 zusammengeschlossen; das Steuersignal 151 wird eingegeben, und der Mess-MOS 102 wird durch Steuern der Gate-Spannung EIN- oder AUS-geschaltet. Der Drain-Anschluss des Mess-MOS 102 (der andere Hauptanschluss) ist an die Spannungsquelle BATT mit einer gemeinsamen Verbindung mit dem Drain-Anschluss des Haupt-MOS 101 angeschlossen, während der Source-Anschluss (ein Hauptanschluss) des Mess-MOS 102 mit einem Knoten N2 im Messstrompfad verbunden ist. Der Mess-MOS 102 führt dem ADC 270 über den Knoten N2 den zum Laststrom proportionalen Messstrom ISENSE zu. Auf diese Weise dient der Mess-MOS 102 zur Messung des Laststroms ILOAD.
Die Eigenschaften des Mess-MOS 102 sind mit denen des Haupt-MOS 101 konsistent, und der Durchlasswiderstand des Mess-MOS 102 ist auf das K-Fache des Durchlasswiderstands des Haupt-MOS 101 eingestellt, was bedeutet, dass das Durchlasswiderstands-Verhältnis des Haupt-MOS 101 zum Mess-MOS 102 auf 1:K eingestellt ist. Daher wird der von dem Haupt-MOS 101 ausgegebene Laststrom multipliziert mit 1/K als Messstrom von dem Mess-MOS 102 ausgegeben.
Das Lastantriebsgerät ist ferner zwischen dem Source-Anschluss des Haupt-MOS 101 und dem Source-Anschluss des Mess-MOS 102 mit einer Ausgleichsstufe 110 versehen. Die Ausgleichsstufe 110 besorgt eine derartige Steuerung, dass die Spannung am Knoten N2 im Messstrompfad (die Klemmenspannung des Mess-MOS 102) an die Spannung am Knoten N1 im Laststrompfad (die Klemmenspannung des Haupt-MOS 101) angepasst (auf gleiches Potenzial gebracht) wird. Der Ausgleichsstufe 110 wird ein mit dem Steuersignal 151 synchronisiertes Steuersignal 153 zugeführt, wobei die Ausgleichsstufe 110 so gesteuert wird, dass sie sich in einem Arbeitszustand befindet, wenn der Haupt-MOS 101 EIN-geschaltet ist, und in einem angehaltenen Zustand, wenn der Haupt-MOS 101 AUS-geschaltet ist.
Die Ausgleichsstufe 110 ist beispielsweise ein Operationsverstärker, in dem eine spannungsgesteuerte Stromquelle 111 und ein Schalter 112 in einem Messstrompfad vorgesehen sind. In diesem Fall ist ein Ende des Eingangs der spannungsgesteuerten Stromquelle 111 an den Knoten N2 angeschlossen, während das andere Ende des Eingangs der spannungsgesteuerten Stromquelle 111 an den Knoten N1 angeschlossen ist, und die Größe des Ausgangsstroms wird so gesteuert, dass die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängen verschwindet. Der Schalter 112 wird durch das Steuersignal 153 zwischen Kurzschluss und offen geschaltet. Die Größe des Stroms in dem Messstrompfad wird so eingestellt, das die Ausgleichsstufe 110 die Spannungen an den Knoten N1 und N2 ausgleicht, wenn der Schalter 112 geöffnet ist, so dass der Betrieb der Ausgleichsstufe 110 angehalten wird.
Da in einer derartigen Ausgleichsstufe 110 beide Knoten N1 und N2 hohe Spannungspegel haben, wenn Strom gemessen wird (wenn der Haupt-MOS 101 EINgeschaltet ist), können die Spannungen an den Knoten N1 und N2 durch die Ausgleichsstufe 110, etwa einen Operationsverstärker, angeglichen werden. Wir jedoch kein Strom gemessen (wenn der Haupt-MOS 101 AUS-geschaltet ist), kann der Strom in die Last 280, etwa eine an den Knoten N1 angeschossene induktive Last, gezogen werden (siehe 3), so dass die Spannung am Knoten N1 abnehmen kann. Dabei ist die Seite des Knotens N2 erforderlich, um eine Spannung zu gewährleisten, die gleich oder höher ist als ein vorgegebener Wert, um die Ausgleichsstufe 110 anzusteuern. Dabei wird die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten N1 und N2 groß, so dass es schwierig ist, die Spannungen an den Knoten N1 und N2 allein mit der Ausgleichsstufe 110 auszugleichen.
In dem Lastantriebsgerät nach diesem Ausführungsbeispiel ist daher parallel zu der Ausgleichsstufe 110 zwischen dem Source-Anschluss des Haupt-MOS 101 und dem Source-Anschluss des Mess-MOS 102 ein Schalter 120 vorgesehen. An dem Schalter 120 liegt ein mit dem invertierten Steuersignal 151 synchronisiertes Steuersignal 152, wobei der Schalter 120 in den offenen Zustand gesteuert wird, wenn der Haupt-MOS 101 EIN-geschaltet wird, und in den leitenden Zustand, wenn der Haupt-MOS 101 AUS-geschaltet wird. Selbst wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten N1 und N2 groß ist, werden die Spannungen an den Knoten N1 und N2 durch Kurzschließen der Knoten N1 und N2 durch den Schalter 120 gleich gemacht.
2 ist ein Zeitdiagramm des in 1 gezeigten Lastantriebsgerätes. 2 zeigt die zeitlichen Zustandsänderungen der Drain-Source-Spannung VDS des Haupt-MOS 101, des Haupt-MOS 101, des Schalters 120, der Ausgleichsstufe 110 und des Messstroms ISENSE. Dabei ist der AUS-Zustand des MOS ein Zustand, in dem die Gate-Source-Spannung kleiner ist als eine Schwellenspannung und kein Kanal gebildet wird. Der EIN-Zustand des MOS ist ein Zustand, in dem die Gate-Source-Spannung hinreichend größer ist als die Schwellenspannung, während die Drain-Source-Spannung hinreichend klein ist und in einen tiefen linearen Bereich gelangt. Der Übergangsabschnitt zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand des MOS ist eine Übergangperiode, während der die EIN- und AUS-Zustände umschalten.
Wie in 2 gezeigt, werden die Knoten N1 und N2 von dem Schalter 120 im AUS-Abschnitt des Haupt-MOS 101 (wenn kein Strom gemessen wird) vor und nach den Zeitpunkten t1 und t4 kurzgeschlossen. Andererseits wird die Ausgleichsstufe 110 angehalten und der Messstrom ISENSE nicht erfasst, da der Messstrompfad durch die Ausgleichsstufe 110 abgeschaltet ist. Da zu dieser Zeit die Knoten N1 und N2 unabhängig von der Größe der Spannung am Knoten N1 kurzgeschlossen sind, sind die Spannungen an den Knoten N1 und N2 angeglichen. Auf diese Weise stimmen im AUS-Bereich des Haupt-MOS 101 die Spannungszustände an sämtlichen Anschlüssen des Haupt-MOS 101 mit denen des Mess-MOS 102 überein,
Ähnlich werden im Übergangsabschnitt vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 und im Übergangsabschnitt vom Zeitpunkt t3 zum Zeitpunkt t4 (wenn kein Strom gemessen wird) die Knoten N1 und N2 durch den Schalter 120 kurzgeschlossen. Andererseits wird die Ausgleichsstufe 110 angehalten, und der Messstrom ISENSE wird nicht erfasst, da der Messstrompfad durch die Ausgleichsstufe 110 abgeschaltet ist. Da in dieser Zeit die Knoten N1 und N2 unabhängig von der Größe der Spannung am Knoten N1 kurzgeschlossen sind, sind die Spannungen an den Knoten N1 und N2 angeglichen. Auf diese Weise stimmen im Übergangsabschnitt des Haupt-MOS 101 die Spannungszustände an allen Anschlüssen des Haupt-MOS 101 und des Mess-MOS 102 überein.
Im EIN-Zeitabschnitt des Haupt-MOS 101 (wenn Strom gemessen wird) vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 sind die Schalter 120 der Knoten N1 und N2 offen. Andererseits arbeitet die Ausgleichsstufe 110, und der Messstrom ISENSE wird durch die Ausgleichsstufe 110 so eingestellt, dass die Spannungen an den Knoten N1 und N2 ausgeglichen sind. Da in dieser Zeit die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten N1 und N2 klein ist, ist es möglich einen kleinen Operationsverstärker einzusetzen, der bezüglich der Ausgleichsstufe 110 einen engen Arbeitsspannungsbereich aufweist. Daher stimmen im EIN-Zeitabschnitt des Haupt-MOS 101 die Spannungszustände an allen Anschlüssen des Haupt-MOS 101 und des Mess-MOS 102 überein.
Ist nun BATT die Spannung der Energiequelle, Ron der Durchlasswiderstand des Haupt-MOS 101 und ILOAD der Laststrom, so ist die Spannung am Knoten N1 gleich BATT - Ron x ILOAD. Ist die Spannung der Energiequelle gleich BATT, der Durchlasswiderstand des Mess-MOS 102 gleich K x Ron und der Messstrom gleich ISENSE, so ist die Spannung am Knoten K2 gleich BATT - K x Ron x ISENSE. Da die Spannungen an den Knoten N1 und N2 im EIN-Abschnitt des Haupt-MOS 101 gleich sind, wird der Messstrom ISENSE nach der folgenden Gleichung (1) erfasst: $ISENSE = ILOAD / K$
Nach der obigen Operation stimmen die Spannungszustände an sämtlichen Anschlüssen des Haupt-MOS 101 und des Mess-MOS 102 über die gesamten Zeitabschnitte vom AUS-Zeitabschnitt bis zum EIN-Zeitabschnitt des Haupt-MOS 101 überein.
Daher ist zu erwarten, dass die elektrischen Belastungszustände bei beiden gleich sind und das Maß der Verschlechterung aufgrund elektrischer Belastung ebenfalls gleich ist. Da das Verhältnis der Durchlasswiderstände von Haupt-MOS 101 und Mess-MOS 102 aufrechterhalten wird, lässt sich die Genauigkeit des Messstromwertes ohne zeitliche Verschlechterung erhalten.
3 ist ein Schaltbild einer L-Laststeuerschaltung (eines Lastantriebsgerätes) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Vorliegend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die in 1 gezeigte Schaltungskonfiguration als Lastantriebsgerät bei einem hochseitigen Antrieb eines L-Lastantriebsgeräts des synchronen Gleichrichtertyps angewandt wird. Die L-Laststeuerschaltung ist mit einer Strommessschaltung versehen, die den Laststrom ILOAD an der Hoch- und an der Niederseite misst. Ferner ist die L-Laststeuerschaltung mit einer PMOS-Stromspiegelstufe 260 zur Stromerfassung an der Niederseite (Rückflussseite) versehen. Außerdem weist die L-Laststeuerschaltung den ADC 270 auf, der den Messstrom zur Erfassung in ein Digitalsignal umwandelt.
An der Hochseite der L-Laststeuerschaltung sind im Laststrompfad ein Haupt-MOS 201 und im Messstrompfad ein Mess-MOS 202 vorgesehen. Die Gate-Spannung des Haupt-MOS 201 wird durch ein Steuersignal 251 gesteuert und arbeitet als hochseitiger Schalter im Laststrompfad. Der Drain-Anschluss des Haupt-MOS 201 ist mit der Spannungsquelle BATT verbunden, während der Source-Anschluss des Haupt-MOS 201 über den Knoten N1 mit der L-Last 280 verbunden ist. Ist der Haupt-MOS 201 eingeschaltet, so wird der Laststrom ILOAD von der Spannungsquelle BATT der L-Last 280 zugeführt, um diese anzusteuern.
Der Gate-Anschluss des Mess-MOS 202 ist mit dem Gate-Anschluss des Haupt-MOS 201 zusammengeschlossen, und die Gate-Spannung wird durch das Steuersignal 251 so gesteuert, dass sie als hochseitiger Schalter im Messstrompfad wirkt. Der Drain-Anschluss des Mess-MOS 202 gemeinsam mit dem Drain-Anschluss des Haupt-MOS 201 an die Spannungsquelle BATT angeschlossen, während der Source-Anschluss des Mess-MOS 202 über den Knoten N2 an den ADC 270 angeschlossen ist. Ferner sind die Eigenschaften des Mess-MOS 202 an die des Haupt-MOS 201 angepasst, und der Durchlasswiderstand des Mess-MOS 202 ist auf das K-Fache des Durchlasswiderstands des Haupt-MOS 201 eingestellt.
Zwischen den Source-Anschlüssen des Haupt-MOS 201 und des Mess-MOS 202 liegen parallel eine Ausgleichsstufe 210 und ein Schalter 220. An der Ausgleichsstufe 210 liegt ein mit dem Steuersignal 251 synchronisiertes Steuersignal 253, wobei die Ausgleichsstufe 210 in den Arbeitszustand gesteuert wird, wenn der Haupt-MOS 201 EINgeschaltet ist, und in den angehaltenen Zustand, wenn der Haupt-MOS 201 AUS-geschaltet ist. Die Ausgleichsstufe 210 enthält einen Operationsverstärker 211 und einen PMOS 212. Der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 211 ist mit dem Knoten N2 im Messstrompfad und sein nicht-invertierender Eingangsanschluss mit dem Knoten N1 im Laststrompfad verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 211 ist mit dem Gate-Anschluss des PMOS 212 verbunden.
Am Gate-Anschluss des PMOS 212 liegt eine den Knoten N1 und N2 entsprechende Spannung, um die Größe des durch den Knoten N2 fließenden Stroms einzustellen. Die Spannungsänderung am Knoten N2 wird dabei auf den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 211 rückgekoppelt, so dass die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten N1 und N2 klein gemacht wird. Im Arbeitszustand der Ausgleichsstufe 210 steuert der Operationsverstärker 211 die Größe des durch den PMOS 212 fließenden Stroms so, dass der invertierende und der nicht-invertierende Eingangsanschluss praktisch kurzgeschlossen sind. Im angehaltenen Zustand der Ausgleichsstufe 210 ist der PMOS 212 in den AUS-Zustand gesteuert, so dass der Messstrompfad durch den Operationsverstärker 211 abgeschaltet ist.
Am Schalter 220 liegt ein mit dem invertierten Steuersignal 251 synchronisiertes Steuersignal 252, wobei der Schalter 220 in den offenen Zustand gesteuert wird, wenn der Haupt-MOS 201 EIN-geschaltet ist, und in den leitenden Zustand, wenn der Haupt-MOS 201 AUS-geschaltet ist. Selbst wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten N1 und N2 groß ist, werden diese Spannungen durch Kurzschließen der Knoten N1 und N2 mittels des Schalters 220 angeglichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Schalter 220 zwar von einem MOSFET gebildet; er kann aber auch von einem anderen Schaltelement, etwa einem Bipolartransistor, gebildet werden.
An der Niederseite der L-Laststeuerschaltung ist ein Rückfluss-Haupt-MOS 203 und im Messstrompfad ein Rückfluss-Mess-MOS 204 vorgesehen. Der Rückfluss-Haupt-MOS 203 arbeitet als niederseitiger Schalter im Laststrompfad durch Steuern der Gate-Spannung mittels eines Steuersignals 254. Der Drain-Anschluss des Rückfluss-Haupt-MOS 203 ist über den Knoten N1 an die L-Last (induktive Last) 280 angeschlossen und sein Source-Anschluss an einen Knoten GND1 (Erde) geerdet. Der Rückfluss-Haupt-MOS 203 bildet einen Rückflusspfad, der die in der L-Last 280 gespeicherte Energie freigibt.
Der Gate-Anschluss des Rückfluss-Mess-MOS 204 hat eine gemeinsame Verbindung mit dem Gate-Anschluss des Rückfluss-Haupt-MOS 203, wobei die Gate-Spannung durch das Steuersignal 254 so gesteuert wird, dass die Funktion eines niederseitigen Schalters im Messstrompfad ausgeführt wird. Der Drain-Anschluss des Rückfluss-Mess-MOS 204 ist über eine gemeinsame Verbindung mit dem Drain-Anschluss des Rückfluss-Haupt-MOS 203 an die L-Last 280 angeschlossen, und der Source-Anschluss des Rückfluss-Mess-MOS 204 ist über einen Knoten N5 mit der Stromeingangsseite der Stromspiegelstufe 260 verbunden. Ferner sind die Eigenschaften des Rückfluss-Mess-MOS 204 mit denen des Rückfluss-Haupt-MOS 203 konsistent, und der Durchlasswiderstand des Rückfluss-Mess-MOS 204 ist auf das K-Fache des Durchlasswiderstands des Rückfluss-Haupt-MOS 203 eingestellt.
Zwischen den Source-Anschlüssen des Rückfluss-Haupt-MOS 203 und des Rückfluss-Mess-MOS 204 liegen parallel eine Ausgleichsstufe 230 und ein Schalter 204. Der Ausgleichsstufe 230 wird ein mit dem Steuersignal 254 synchronisiertes Steuersignal 256 zugeführt, wobei die Ausgleichsstufe 230 so gesteuert wird, dass sie sich im Arbeitszustand befindet, wenn der Rückfluss-Haupt-MOS 203 EIN-geschaltet ist, und im angehaltenen Zustand, wenn der Rückfluss-Haupt-MOS 203 AUS-geschaltet ist. Die Ausgleichsstufe 230 umfasst einen Operationsverstärker 231 und einen NMOS 232. Der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 231 ist an den Knoten N4 des Messstrompfads, sein nicht-invertierender an den Knoten GND1 angeschlossen. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 231 ist mit dem Gate-Anschluss des NMOS 232 verbunden.
Die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten GDN1 und N4 liegt am Gate-Anschluss des NMOS 232, wobei die durch den Knoten N4 fließende Strommenge entsprechend der Spannungsdifferenz eingestellt wird. Dabei wird die Spannungsänderung am Knoten N4 auf den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 231 rückgekoppelt, so dass die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten GDN1 und N4 auf gering gesteuert wird. Im Arbeitszustand der Ausgleichsstufe 230 steuert der Operationsverstärkers 231 die Größe des durch den NMOS 232 fließenden Stroms so, dass der invertierende und der nicht-invertierende praktisch kurzgeschlossen werden. In angehaltenen Zustand der Ausgleichsstufe 230 wird der NMOS 232 in den AUS-Zustand gesteuert, so dass der Messstrompfad durch den Operationsverstärker 231 abgeschaltet wird.
Dem Schalter 240 wird ein mit invertierten Steuersignal 154 synchronisiertes Steuersignal 255 zugeführt, wobei der Schalter 240 so gesteuert wird, dass er sich im offenen Zustand befindet, wenn der Rückfluss-Haupt-MOS 203 EIN-geschaltet ist, und im leitenden Zustand, wenn der Rückfluss-Haupt-MOS 203 AUS-geschaltet ist. Selbst wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten N1 und N4 groß ist, werden die Spannungen an den Knoten N1 und N4 durch den Schalter 240 angeglichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Schalter 240 zwar von einem MOSFET gebildet; er kann aber auch von einem anderen Schaltelement, etwa einem Bipolartransistor, gebildet sein.
Die Stromspiegelstufe 260 wird von einem PMOS an der Stromeingangsseite und von einem PMOS an der Stromausgangsseite gebildet. Die Stromeingangsseite der Stromspiegelstufe 260 ist zwischen der Spannungsquelle BATT und dem NMOS 232 der niederseitigen Ausgleichsstufe 230 vorgesehen, und die Stromausgangsseite der Stromspiegelstufe 260 ist zwischen der Spannungsquelle BATT und dem ADC 270 vorgesehen. Die Stromspiegelstufe 260 kopiert den Strom in dem niederseitigen Messstrompfad, wenn der Rückfluss-Mess-MOS 204 EIN-geschaltet ist, und gibt den Strom als Messstrom an den ADC 270 an der Stromausgangsseite aus.
Bei der so konfigurierten L-Laststeuerschaltung können der hochseitige Haupt-MOS 201 und der niederseitige Rückfluss-Haupt-MOS 203 abwechselnd EIN- und AUS-geschaltet werden. Ist der hochseitige Haupt-MOS 201 EIN-geschaltet, so ist auch der hochseitige Mess-MOS 202 EIN-geschaltet, während der niederseitige Rückfluss-Haupt-MOS 203 und der Rückfluss-Mess-MOS 204 AUS-geschaltet sind. Im Ergebnis fließt der Laststrom ILOAD von der Spannungsquelle BATT durch den hochseitigen Haupt-MOS 201 zu der L-Last 280. Ferner fließt ein Messstrom ISENSE von der Spannungsquelle BATT durch den als Lastantriebsgerät Mess-MOS 202 zu dem ADC 270.
Ist der niederseitige Rückfluss-Haupt-MOS 203 EIN-geschaltet, so sind der hochseitige Haupt-MOS 201 und der Mess-MOS 202 AUS-geschaltet. Selbst wenn der hochseitige Mess-MOS 202 AUS-geschaltet ist, wird der Laststrom ILOAD von der L-Last 280 gezogen, so dass er von der Seite des Knotens GND1 durch den niederseitigen Rückfluss-Haupt-MOS 203 zu der L-Last 280 fließt. Wenn ferner der Strom von der Spannungsquelle BATT zu dem Rückfluss-Mess-MOS 204 an der Stromeingangsseite der Stromspiegelstufe 260 fließt, fließt ein Messstrom ISENSE2 zu dem ADC an der Stromausgangsseite der Stromspiegelstufe 260. Die Schaltungskonfiguration nach 1 ist zwar sowohl an der Niederseite als auch an der Hochseite angewendet; sie kann bei mindestens einer davon angewendet werden.
4 ist ein Zeitdiagramm der in 3 gezeigten L-Laststeuerschaltung. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Drain-Source-Spannung VDS des Haupt-MOS 201 'sowie die zeitlichen Zustandsänderungen des Haupt-MOS 201, des Rückfluss-Haupt-MOS 203, des Schalters 220, der Ausgleichsstufe 210, des Schalters 240, der Ausgleichsstufe 230, des Messstroms ISENSE1 und des Messstroms ISENSE2. In der L-Laststeuerstufe des synchronen Gleichrichtertyps wird die L-Last 280 durch einen periodischen Impuls angesteuert, wobei der Haupt-MOS 201 und der Rückfluss-Haupt-MOS 203 abwechselnd wiederholt EIN- und AUS-geschaltet sind.
Wie in 4 gezeigt, ist der Zeitabschnitt vor dem Zeitpunkt t1 der AUS-Zeitabschnitt des Haupt-MOS 201 und der EIN-Zeitabschnitt des Rückfluss-Haupt-MOS 203. Die Knoten N1 und N2 sind durch den hochseitigen Schalter 22 kurzgeschlossen, und die Ausgleichsstufe 210 an der Hochseite ist angehalten. Andererseits ist der niederseitige Schalter 240 zwischen den Knoten GDN1 und N4 geöffnet, und die Spannungen an der Knoten GDN1 und N4 sind durch die niederseitige Ausgleichsstufe 230 ausgeglichen. Die Spannungszustände an sämtlichen Anschlüssen des Haupt-MOS 201 und des Mess-MOS 202 sind über den Schalter 220 ausgeglichen, und die Spannungszustände an allen Anschlüssen des Rückfluss-Haupt-MOS 203 und des Rückfluss-Mess-MOS 201 sind über die Ausgleichsstufe 230 ausgeglichen. In diesem Zeitabschnitt wird der hochseitige Messstrom ISENSE1 nicht ausgegeben, und die Hochseite befindet sich in einem Strom-Nichterfassungszustand.
Der Zeitabschnitt vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 ist ein Übergangsabschnitt, in dem der Haupt-MOS 201 vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand und der Rückfluss-Haupt-MOS 203 vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand übergeht. Die Knoten N1 und N2 sind durch den hochseitigen Schalter 220 kurzgeschlossen, und die hochseitige Ausgleichsstufe 210 ist angehalten. Ähnlich sind die Knoten GND1 und N4 durch den niederseitigen Schalter 240 kurzgeschlossen, und die niederseitige Ausgleichsstufe 230 ist angehalten.
Die Spannungszustände an sämtlichen Anschlüssen des Haupt-MOS 201 und des Mess-MOS 202 sind über den Schalter 220 ausgeglichen, und die Spannungszustände an allen Anschlüssen des Rückfluss-Haupt-MOS 203 und des Rückfluss-Mess-MOS 201 sind über den Schalter 240 ausgeglichen. In diesem Zeitabschnitt werden der hochseitige Messstrom ISENSE1 und der der niederseitige Messstrom ISENSE2 nicht ausgegeben, und sowohl die Hochseite als auch die Niederseite befinden sich in einem Strom-Nichterfassungszustand.
Der Zeitabschnitt vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 ist der EIN-Zeitabschnitt des Haupt-MOS 201 und der AUS-Zeitabschnitt des Rückfluss-Haupt-MOS 203. Der hochseitige Schalter 220 zwischen den Knoten N1 und N2 ist offen, und die Spannungen an den Knoten N1 und N2 sind durch die hochseitige Ausgleichsstufe 210 ausgeglichen. Andererseits sind die Knoten GND1 und N4 durch den niederseitigen Schalter 240 kurzgeschlossen, und die niederseitige Ausgleichsstufe 230 ist angehalten. Die Spannungszustände an sämtlichen Anschlüssen des Haupt-MOS 201 und des Mess-MOS 202 sind durch die Ausgleichsstufe 210 ausgeglichen, und die Spannungszustände an allen Anschlüssen des Rückfluss-Haupt-MOS 203 und des Rückfluss-Mess-MOS 201 sind über den Schalter 240 ausgeglichen. In diesem Zeitabschnitt wird der niederseitige Messstrom ISENSE2 nicht ausgegeben, und die Niederseite befindet sich in einem Strom-Nichterfassungszustand.
Der Zeitabschnitt vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 ist ein Übergangsabschnitt, in dem der Haupt-MOS 201 vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand und der Rückfluss-Haupt-MOS 203 vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand übergeht. Die Knoten N1 und N2 sind durch den hochseitigen Schalter 220 kurzgeschlossen, und die hochseitige Ausgleichsstufe 210 ist angehalten. Ähnlich sind die Knoten GND1 und N4 durch den niederseitigen Schalter 240 kurzgeschlossen, und die niederseitige Ausgleichsstufe 230 ist angehalten.
Die Spannungszustände an sämtlichen Anschlüssen des Haupt-MOS 201 und des Mess-MOS 202 sind über den Schalter 220 ausgeglichen, und die Spannungszustände an allen Anschlüssen des Rückfluss-Haupt-MOS 203 und des Rückfluss-Mess-MOS 204 sind über den Schalter 240 ausgeglichen. In diesem Zeitabschnitt werden der hochseitige Messstrom ISENSE1 und der niederseitige Messstrom ISENSE2 nicht ausgegeben, und sowohl die Hochseite als auch die Niederseite befinden sich in einem Strom-Nichterfassungszustand. Nach dem Zeitpunkt t4 wird der obige Betrieb wiederholt.
Auf diese Weise schließt der hochseitige Schalter 220 die Source-Anschlüsse des Haupt-MOS 201 und des Mess-MOS 202 vom Beginn des Übergangs vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand des Haupt-MOS 201 und des Mess-MOS 202 bis zum Ende des Übergangs vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand kurz. Ferner schließt der niederseitige Schalter 240 die Source-Anschlüsse des Rückfluss-Haupt-MOS 203 und des Rückfluss-Mess-MOS 204 vom Beginn des Übergangs vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand des Rückfluss-Haupt-MOS 203 und des Rückfluss-Mess-MOS 204 bis zum Ende des Übergangs vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand kurz.
Durch den obigen Vorgang sind die Spannungszustände an allen Anschlüssen des Haupt-MOS 201 und des Mess-MOS 202 über sämtliche Zeitabschnitte vom AUS-Zeitabschnitt bis zum EIN-Zeitabschnitt des Haupt-MOS 201 ausgeglichen.
Ferner sind die Spannungszustände an allen Anschlüssen des Rückfluss-Haupt-MOS 203 und des Rückfluss-Mess-MOS 204 vom AUS-Zeitabschnitt bis zum EIN-Zeitabschnitt des Rückfluss-Haupt-MOS 203 die gleichen. Da das Verhältnis der Durchlasswiderstände des Haupt-MOS 201 und des Mess-MOS 202 und das Verhältnis der Durchlasswiderstände des Rückfluss-Haupt-MOS 203 und des Rückfluss-Mess-MOS 204 beibehalten werden, lässt sich somit die Genauigkeit der Messstromgröße der L-Laststeuerstufe ohne zeitliche Verschlechterung aufrechterhalten.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
5 ist eine schematische Darstellung eines Lastantriebsgerätes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Lastantriebsgerät des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Last 480 (siehe 6) durch die Steuerung des Stromabflusses nach Erde GND gesteuert wird. Die Beschreibung dieser Konfiguration, die der des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist, wird daher soweit wie möglich weggelassen. Ein Steuersignal 351 liegt am Gate-Anschluss eines Haupt-MOS 301, der durch Steuern der Gate-Spannung EIN- und AUS-geschaltet wird. Der Drain-Anschluss (ein Hauptanschluss) des Haupt-MOS 301 ist mit einem Knoten N11 im Laststrompfad verbunden, während der Source-Anschluss (der andere Hauptanschluss) des Haupt-MOS 301 an Erde GND liegt.
Der Gate-Anschluss eines Mess-MOS 302 hat eine gemeinsame Verbindung mit dem Gate-Anschluss des Haupt-MOS 301, an dem das Steuersignal 351 eingegeben wird, wobei der Mess-MOS 302 durch Steuern der Gate-Spannung EIN- und AUS-geschaltet wird. Der Drain-Anschluss (ein Hauptanschluss) des Mess-MOS 302 ist mit einem Knoten N12 im Messstrompfad verbunden, während der Source-Anschluss (der andere Hauptanschluss) des Mess-MOS 302 gemeinsam mit dem Source-Anschluss des Haupt-MOS 301 an Erde GND liegt. Ferner stimmen die Eigenschaften des Mess-MOS 302 mit denen des Haupt-MOS 301 überein, und der Durchlasswiderstand des Mess-MOS 302 ist auf das K-Fache des Durchlasswiderstandes des Haupt-MOS 301 eingestellt.
Zwischen dem Drain-Anschluss des Haupt-MOS 301 und dem Drain-Anschluss des Mess-MOS 302 liegen eine Ausgleichsstufe 310 und ein Schalter 320 in parallel. Der Ausgleichsstufe 310 wird ein mit dem Steuersignal 351 synchronisiertes Steuersignal 353 zugeführt, während dem Schalter 320 ein mit dem invertierten Steuersignal 351 synchronisiertes Steuersignal 352 zugeführt wird. Die Ausgleichsstufe 310 und der Schalter 320 sind in gleicher Weise konfiguriert wie die Ausgleichsstufe 110 und der Schalter 120 des ersten Ausführungsbeispiels.
Daher werden im EIN-Zeitabschnitt des Haupt-MOS 301 die Spannungen an den Knoten N11 und N12 (die Spannungen an den Anschlüssen des Haupt-MOS 301 und des Mess-MOS 302) durch die Ausgleichsstufe 310 ausgeglichen, während die Knoten N11 und N12 im AUS-Zeitabschnitt und im Übergangsabschnitt des Haupt-MOS 301 durch den Schalter 320 kurzgeschlossen werden.
Auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Spannungszustände für alle Anschüsse des Haupt-MOS 301 und des Mess-MOS 302 über den gesamten Zeitabschnitt vom AUS- bis zum EIN-Zeitabschnitt des Haupt-MOS 301 gleich. Daher ist zu erwarten, dass die elektrischen Belastungszustände bei beiden gleich sind und ebenso das Ausmaß der Verschlechterung aufgrund von elektrischer Belastung gleich ist. Da das Verhältnis der Durchlasswiderstände des Haupt-MOS 301 und des Mess-MOS 302 beibehalten wird, kann daher auch die Genauigkeit der Messstromgröße ohne zeitliche Verschlechterung aufrechterhalten werden. Das Zeitdiagramm des Lastantriebsgerätes ist das gleiche wie das Zeitdiagramm nach 2.
6 ist ein Schaltbild der L-Laststeuerschaltung (des Lastantriebsgerätes) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dabei wird ein Beispiel beschrieben, in dem als Lastantriebsgerät die in 5 gezeigte Schaltungskonfiguration bei einem niederseitigen Treiber einer L-Laststeuerstufe des synchronen Gleichrichtertyps angewandt ist. Die L-Laststeuerschaltung ist mit einer Strommessstufe versehen, die den hoch- und den niederseitigen Laststrom erfasst. Ferner ist die L-Laststeuerschaltung mit einer PMOS-Stromspiegelstufe 460 versehen, die den Strom an der Hochseite (Rückflussseite) misst. Ferner weist die L-Laststeuerschaltung einen ADC 470 auf, der den Messstrom zur Erfassung in ein Digitalsignal umwandelt.
An der Niederseite der L-Laststeuerschaltung sind im Laststrompfad ein Haupt-MOS 401 und im Messstrompfad eine Mess-MOS 402 vorgesehen. Der Haupt-MOS 401 dient als niederseitiger Schalter im Laststrompfad durch Steuern der Gate-Spannung mit dem Steuersignal 451. Der Drain-Anschluss des Haupt-MOS 401 ist über den Knoten N11 mit der L-Last 480 verbunden, während sein Source-Anschluss am Knoten GND1 geerdet ist. Ist der Haupt-MOS 401 EIN-geschaltet, so wird der Laststrom ILOAD von der Spannungsquelle BATT der L-Last 480 zugeführt, um diese anzusteuern.
Der Gate-Anschluss des Mess-MOS 402 ist mit dem Gate-Anschluss des Haupt-MOS 401 zusammengeschlossen, wobei die Gate-Spannung durch das Steuersignal 451 so gesteuert wird, dass er als niederseitiger Schalter im Messstrompfad arbeitet. Der Drain-Anschluss des Mess-MOS 402 ist über den Knoten N12 an die Stromeingangsseite der Stromspiegelstufe 460 angeschlossen, während sein Source-Anschluss mit dem Source-Anschluss des Haupt-MOS 401 zusammengeschlossen und am Knoten GND1 geerdet ist. Ferner sind die Eigenschaften des Mess-MOS 402 an die des Haupt-MOS 401 angepasst, und der Durchlasswiderstand des Mess-MOS 402 ist auf das K-Fache des Durchlasswiderstandes des Haupt-MOS 401 eingestellt.
Zwischen den Drain-Anschlüssen des Haupt-MOS 401 und des Mess-MOS 402 liegen parallel eine Ausgleichsstufe 410 und ein Schalter 420. Ein mit dem Steuersignal 451 synchronisiertes Steuersignal 453 liegt am Eingang der Ausgleichsstufe 410, die so gesteuert wird, dass sie sich im Betriebszustand befindet, wenn der Haupt-MOS 401 EINgeschaltet ist, und im angehaltenen Zustand, wenn der Haupt-MOS 401 AUS-geschaltet ist. Die Ausgleichsstufe 410 umfasst einen Operationsverstärker 411 und einen NMOS 412, wobei der Operationsverstärker 411 die Größe des durch den NMOS 412 fließenden Stroms so steuert, dass der invertierende und der nicht-invertierende Eingangsanschluss praktisch kurzgeschlossen sind.
Am Eingang des Schalters 420 liegt ein mit dem invertierten Steuersignal 451 synchronisiertes Steuersignal 452, wobei der Schalter 420 so gesteuert wird, dass er sich im offenen Zustand befindet, wenn der Haupt-MOS 401 EIN-geschaltet ist, und im leitenden Zustand, wenn der Haupt-MOS 401 AUS-geschaltet ist. Selbst wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Knoten 411 und 412 groß ist, sind die Spannungen an den Knoten 411 und 412 durch Kurzschließen dieser Knoten über den Schalter 420 ausgeglichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Schalter 402 von einem MOSFET gebildet; er kann aber auch von einem anderen Schaltelement, etwa einem Bipolartransistor, gebildet sein.
An der Hochseite der L-Laststeuerstufe sind im Laststrompfad ein Rückfluss-Haupt-MOS 403 und im Messstrompfad ein Rückfluss-Mess-MOS 404 vorgesehen. Die Gate-Spannung des Rückfluss-Haupt-MOS 403 wird durch ein Steuersignal 454 so gesteuert, dass dieser als hochseitiger Schalter im Laststrompfad arbeitet. Der Drain-Anschluss des Rückfluss-Haupt-MOS 403 ist an die Spannungsquelle BATT angeschlossen, während sein Source-Anschluss über den Knoten N1 mit der L-Last 480 verbunden ist. Der Rückfluss-Haupt-MOS 403 bildet einen Rückflusspfad zur Freigabe der in der L-Last 480 gespeicherten Energie.
Der Gate-Anschluss des Rückfluss-Mess-MOS 404 ist mit dem Gate-Anschluss des Rückfluss-Haupt-MOS 403 zusammengeschlossen, wobei die Gate-Spannung durch das Steuersignal 454 so gesteuert wird, dass er als hochseitiger Schalter im Messstrompfad arbeitet. Der Drain-Anschluss des Rückfluss-Mess-MOS 404 ist über den Knoten N14 an den ADC 470 angeschlossen, während sein Source-Anschluss gemeinsam mit dem Drain-Anschluss des Rückfluss-Haupt-MOS 403 an die L-Last 480 angeschlossen ist. Ferner sind die Eigenschaften des Rückfluss-Mess-MOS 404 mit denen des Rückfluss-Haupt-MOS 403 konsistent, und der Durchlasswiderstand des Rückfluss-Mess-MOS 404 ist auf das K-Fache des Durchlasswiderstandes des Rückfluss-Haupt-MOS 403 eingestellt.
Zwischen den Drain-Anschlüssen des Rückfluss-Haupt-MOS 403 und des Rückfluss-Mess-MOS 404 liegen parallel eine Ausgleichsstufe 430 und ein Schalter 440. Ein mit dem Steuersignal 454 synchronisiertes Steuersignal 456 liegt am Eingang der Ausgleichsstufe 430, die so gesteuert wird, dass sie sich im Betriebszustand befindet, wenn der Rückfluss-Haupt-MOS 403 EIN-geschaltet ist, und im angehaltenen Zustand, wenn der Rückfluss-Haupt-MOS 403 AUS-geschaltet ist. Die Ausgleichsstufe 430 umfasst einen Operationsverstärker 431 und einen PMOS 412, wobei der Operationsverstärker 431 die Größe des durch den PMOS 412 fließenden Stroms so steuert, dass der invertierende und der nicht-invertierende Eingangsanschluss praktisch kurzgeschlossen sind.
An dem Schalter 440 wird eine mit dem invertierten Steuersignal 454 synchronisiertes Steuersignal 455 eingegeben, wobei der Schalter 440 so gesteuert wird, dass sich im offenen Zustand befindet, wenn der Rückfluss-Haupt-MOS 403 EINgeschaltet ist, und im leitenden Zustand, wenn der Rückfluss-Haupt-MOS 403 AUS-geschaltet ist. Selbst wenn die Spannungsdifferenz zwischen dem Knoten (der Spannungsquelle) BATT und dem Knoten N14 groß ist, werden diese Spannungen durch Kurzschließen der Knoten N11 und N14 mittels des Schalters 440 angeglichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Schalter 440 zwar von einem MOSFET gebildet; er kann aber auch von einem anderen Schaltelement, etwa einem Bipolartransistor, gebildet werden.
Die Stromspiegelstufe 460 wird von einem PMOS an der Stromeingangsseite und von einem PMOS an der Stromausgangsseite gebildet. Die Stromeingangsseite der Stromspiegelstufe 460 ist zwischen der Spannungsquelle BATT und dem NMOS 412 der niederseitigen Ausgleichsstufe 410 vorgesehen, und die Stromausgangsseite der Stromspiegelstufe 460 ist zwischen der Spannungsquelle BATT und dem ADC 470 vorgesehen. Die Stromspiegelstufe 460 kopiert den Strom in dem niederseitigen Messstrompfad, wenn der Rückfluss-Mess-MOS 402 EIN-geschaltet ist, und gibt den Strom als Messstrom an den ADC 470 an der Stromausgangsseite aus.
Bei der so konfigurierten L-Laststeuerschaltung können der niederseitige Haupt-MOS 401 und der hochseitige Rückfluss-Haupt-MOS 403 abwechselnd EIN- und AUS-geschaltet werden. Wenn der niederseitige Haupt-MOS 401 EIN-geschaltet ist, ist auch der niederseitige Mess-MOS 402 EIN-geschaltet, während der hochseitige Rückfluss-Haupt-MOS 403 und der Rückfluss-Mess-MOS 404 AUS-geschaltet sind. Im Ergebnis fließt der Laststrom ILOAD von der Spannungsquelle BATT über die L-Last 480 zu dem niederseitigen Haupt-MOS 401. Ferner fließt, wenn der Strom von der Spannungsquelle BATT zu dem Mess-MOS 402 an der Stromeingangsseite der Stromspiegelstufe 460 fließt, der Messstrom ISENSE2 von der Spannungsquelle BATT zu dem ADC 470 an der Stromausgangsseite der Stromspiegelstufe 460.
Ist der hochseitige Rückfluss-Haupt-MOS 403 EIN-geschaltet, so ist auch der hochseitige Rückfluss-Mess-MOS 404 EIN-geschaltet, und der niederseitige Haupt-MOS 401 und der Mess-MOS 402 sind AUS-geschaltet. Selbst wenn der niederseitige Haupt-MOS 401 AUS-geschaltet ist, wird der Laststrom ILOAD in die L-Last 480 gezogen, so dass er von der Spannungsquelle BATT über die L-Last 480 zu dem Hochseitigen Rückfluss-Haupt-MOS 403 fließt. Außerdem fließt der Messstrom ISENSE1 von dem hochseitigen Rückfluss-Mess-MOS 404 zu dem ADC 470. Die Schaltungskonfiguration nach 5 ist hier zwar sowohl an der Niederseite als auch an der Hochseite angewendet; sie kann bei mindestens einer davon angewendet werden.
Das Zeitdiagramm der L-Laststeuerstufe ist das gleiche wie das in 4.Daher schließt der niederseitige Schalter 420 die Drain-Anschlüsse des Haupt-MOS 401 und des Mess-MOS 402 vom Beginn des Übergangs vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand des Haupt-MOS 401 und des Mess-MOS 402 bis zum Ende des Übergangs vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand kurz. Ferner schließt der hochseitige Schalter 440 die Drain-Anschlüsse des Rückfluss-Haupt-MOS 403 und des Rückfluss-Mess-MOS 404 vom Beginn des Übergangs vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand des Rückfluss-Haupt-MOS 403 und des Rückfluss-Mess-MOS 404 bis zum Ende des Übergangs vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand kurz.
Auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Spannungszustände für alle Anschüsse des Haupt-MOS 401 und des Mess-MOS 402 über den gesamten Zeitabschnitt vom AUS- bis zum EIN-Zeitabschnitt des Haupt-MOS 401 gleich. Ferner sind auch die Spannungszustände für alle Anschüsse des Rückfluss-Haupt-MOS 403 und des Rückfluss-Mess-MOS 404 vom AUS- bis zum EIN-Zeitabschnitt des Rückfluss-Haupt-MOS 403 gleich. Da das Verhältnis der Durchlasswiderstände des Haupt-MOS 401 und des Mess-MOS 402 und das Verhältnis der Durchlasswiderstände des Rückfluss-Haupt-MOS 403 und des Rückfluss-Mess-MOS 404 beibehalten sind, kann auch die Genauigkeit der Messstromgröße der L-Laststeuerstufe ohne zeitliche Verschlechterung aufrechterhalten werden.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Als nächstes wird ein Getriebeantriebssystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel anhand von 7 beschrieben. 7 ist ein Blockdiagramm eines Getriebeantriebssystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Dabei wird ein Getriebeantriebssystem beschrieben, das mit dem Lastantriebsgerät des ersten oder des zweiten Ausführungsbeispiels als Elektromagnetantrieb ausgestattet ist. Das vorliegende Ausführungsbeispiel bezieht sich zwar auf ein Fahrzeug mit einem Getriebe; der gleiche Effekt ergibt sich aber auch bei Anwendung der Technik nach der vorliegenden Erfindung auf andere Geräte.
Wie in 7 gezeigt, ist in dem Getriebeantriebssystem ein Achsenpaar 501, 503 an einer Fahrzeugkarosserie 500 schwenkbar aufgehängt. An beiden Enden der einen Achse 501 sind Räder 502 und an beiden Enden der anderen Achse 503 Räder 504 befestigt. Mit der einen Achse 501 ist über ein Getriebe 505 ein Motor 506 verbunden, wobei die Leistung des Motors 506 durch Einstellen des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 505 geändert und auf die Räder 502 übertragen wird. Das Getriebe 505 ist mit einem linearen Elektromagnetventil 507 ausgestattet, das mittels Hydraulikdruck 511 einen Mechanismus zum Einstellen des Übersetzungsverhältnisses antreibt. Das lineare Elektromagnetventil 507 ist ein hydraulisches Steuerventil und erzeugt den Hydraulikdruck 511 entsprechend einer Eingangsstromgröße des Getriebes 505.
Mit der Last (dem Elektromagneten) des linearen Elektromagnetventils 507 ist ein Elektromagnetventilantrieb (Lastantriebsgerät) 508 verbinden. Ein von dem Elektromagnetventilantrieb 508 dem linearen Elektromagnetventil 507 zugeführter Laststrom 512 wird von einer Stromsteuereinheit 509 gesteuert. Von der Stromsteuereinheit 509 wird dem Elektromagnetventilantrieb 508 ein Steuersignal (periodischer Puls) 513 zur Steuerung des Laststroms 512 zugeführt, und von dem Elektromagnetventilantrieb 508 wird eine Messstromgröße 514 des Laststroms 512 auf die Stromsteuereinheit 509 rückgekoppelt. Die Stromsteuereinheit 509 steuert den Laststrom 512 des Elektromagnetventilantriebs 508 so, dass die Messstromgröße 514 eine von einer Steuereinheit 510 vorgegebene Stromsollgröße annähert.
Anhand von Informationen wie der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Motordrehzahl der Fahrzeugkarosserie 500 bestimmt die Steuereinheit 510 den optimalen Getriebebetrieb und gibt der Stromsteuereinheit 509 die für den Getriebebetrieb erforderliche Laststrom-Sollgröße des Elektromagnetventils 507 vor. Die Steuereinheit 510 ist aus einem Prozessor, der verschiedene Prozesse ausführt, einer integrierten Schaltung, einem Speicher und dergleichen aufgebaut. Je nach der beabsichtigten Verwendung besteht der Speicher aus einem oder mehreren Aufzeichnungsmedien, etwa einem ROM (Lesespeicher) und einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff).
Mit der obigen Konfiguration lässt sich ein Getriebeantriebssystem erhalten, in dem sich die Laststromgenauigkeit des linearen Elektromagnetventils nicht leicht mit der Zeit verschlechtert. Da die Genauigkeit des Stroms der Steuergenauigkeit der hydraulischen Steuerung entspricht, lässt sich ein hoch-genauer Getriebebetrieb über einen langen Zeitraum erzielen.
Vorstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Innerhalb eines Bereichs, der das Wesen der in den Ansprüchen offenbarten Erfindung nicht verlässt, sind verschiedene Abwandlungen möglich. Beispielsweise sind die obigen Ausführungsbeispiele der Erfindung in klar verständlicher Weise im Einzelnen beschriebenen und nicht notwendigerweise auf solche beschränkt, die sämtliche beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Ferner können einige der Konfigurationen eines gewissen Ausführungsbeispiels durch die anderer Ausführungsbeispiele ersetzt werden, und ein gegebenes Ausführungsbeispiel kann durch Konfigurationen der anderen Ausführungsbeispiele ergänzt werden. Ferner können einige der Konfigurationen jedes Ausführungsbeispiels weggelassen, durch andere Konfigurationen ersetzt oder zu anderen Konfigurationen hinzugefügt werden.
Bezugszeichenliste

101, 201, 301, 401: Haupt-MOS (Haupt-MOSFET)
102, 202, 302, 402: Mess-MOS (Mess-MOSFET)
203, 403: Rückfluss-Haupt-MOS (Haupt-MOSFET)
204,404: Rückfluss-Mess-MOS (Mess-MOSFET)
110, 210, 230, 310, 410, 430: Ausgleichsstufe
120, 220, 240, 320, 420, 440: Schalter
280, 480: Last (induktive Last)
505: Getriebe
508: Magnetspulensteuerung (Lastantriebsgerät)
BATT: Spannungsquelle
ILOAD: Laststrom
ISENSE1: Messstrom
ISENSE2: Messstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017208814 A [0003]

Claims

Lastantriebsgerät zum Antreiben einer Last entsprechend einem Laststrom und Erfassen des Laststroms, umfassend: einen Haupt-MOSFET, der den Laststrom ausgibt, einen Mess-MOSFET, der zum Erfassen des Laststroms dient, eine Ausgleichsstufe, die zwischen einem Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und einem Hauptanschluss des Mess-MOSFET vorgesehen ist, und einen Schalter, der parallel mit der Ausgleichsstufe zwischen dem Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und dem Hauptanschluss des Mess-MOSFET vorgesehen ist, wobei ein weiterer Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und weiterer Hauptanschluss des Mess-MOSFET eine gemeinsame Verbindung haben, wobei die Ausgleichsstufe eine Klemmenspannung des Haupt-MOSFET und eine Klemmenspannung des Mess-MOSFET ausgleicht, wenn Strom erfasst wird und der Schalter offen ist, und wobei die Ausgleichsstufe angehalten ist, wenn kein Strom erfasst wird und der eine Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und der eine Hauptanschluss des Mess-MOSFET durch den Schalter kurzgeschlossen sind.
Lastantriebsgerät nach Anspruch 1, wobei dann, wenn im EIN-Zustand des Haupt-MOSFET Strom erfasst wird, die Klemmenspannung des Haupt-MOSFET und die Klemmenspannung des Mess-MOSFET durch die Ausgleichsstufe ausgeglichen sind und der Schalter offen ist, und dann, wenn im AUS-Zustand des Haupt-MOSFET kein Strom erfasst wird, die Ausgleichsstufe angehalten ist und der eine Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und der eine Hauptanschluss des Mess-MOSFET durch den Schalter kurzgeschlossen sind.
Lastantriebsgerät nach Anspruch 1, wobei der eine Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und der eine Hauptanschluss des Mess-MOSFET Source-Anschlüsse und der andere Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und der andere Hauptanschluss des Mess-MOSFET Drain-Anschlüsse sind.
Lastantriebsgerät nach Anspruch 3, wobei der Haupt-MOSFET ein Paar von hochseitigen und niederseitigen Haupt-MOSFETs und der Mess-MOSFET ein Paar von hochseitigen und niederseitigen Mess-MOSFETs umfasst, wobei der Drain-Anschluss des hochseitigen Haupt-MOSFET und der Drain-Anschluss des Mess-MOSFET an eine Spannungsquelle angeschlossen sind, und wobei der Source-Anschluss des Haupt-MOSFET und der Source-Anschluss des Mess-MOSFET vom Beginn eines Übergangs des Haupt-MOSFET und des Mess-MOSFET der Hochseite vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand bis zum Ende des Übergangs vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand durch den Schalter kurzgeschlossen sind.
Lastantriebsgerät nach Anspruch 4, wobei der Drain-Anschluss des Haupt-MOSFET und der Drain-Anschluss des Mess-MOSFET der Niederseite an die Last angeschlossen sind, und wobei der Source-Anschluss des Haupt-MOSFET und der Source-Anschluss des Mess-MOSFET vom Beginn eines Übergangs des Haupt-MOSFET und des Mess-MOSFET der Niederseite vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand bis zum Ende des Übergangs vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand durch den Schalter kurzgeschlossen sind.
Lastantriebsgerät nach Anspruch 1, wobei der eine Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und der eine Hauptanschluss des Mess-MOSFET Drain-Anschlüsse sind und der andere Hauptanschluss des Haupt-MOSFET und der andere Hauptanschluss des Mess-MOSFET Source-Anschlüsse sind.
Lastantriebsgerät nach Anspruch 6, wobei der Haupt-MOSFET ein Paar von hochseitigen und niederseitigen Haupt-MOSFETs und der Mess-MOSFET ein Paar von hochseitigen und niederseitigen Mess-MOSFETs umfasst, wobei der Source-Anschluss des Haupt-MOSFET und der Source-Anschluss des Mess-MOSFET der niederen Seite geerdet sind, und wobei der Drain-Anschluss des Haupt-MOSFET und der Drain-Anschluss des Mess-MOSFET vom Beginn eines Übergangs des Haupt-MOSFET und des Mess-MOSFET der niederen Seite vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand bis zum Ende des Übergangs vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand durch den Schalter kurzgeschlossen sind.
Lastantriebsgerät nach Anspruch 7, wobei der Source-Anschluss des Haupt-MOSFET und der Source-Anschluss des Mess-MOSFET der Hochseite an die Last angeschlossen sind, und wobei der Drain-Anschluss des Haupt-MOSFET und der Drain-Anschluss des Mess-MOSFET vom Beginn des Übergangs des Haupt-MOSFET und des Mess-MOSFET der Hochseite vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand bis zum Ende des Übergangs vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand durch den Schalter kurzgeschlossen sind.
Lastantriebsgerät nach Anspruch 1, wobei die Last eine induktive Last ist.
Getriebeantriebssystem, umfassend: das Lastantriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und ein mit dem Lastantriebsgerät verbundenes Getriebe, das entsprechend einem Laststrom drehzahlgesteuert ist.