DE112020006206T5 - Ansteuervorrichtung - Google Patents

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Germany
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switch
voltage
downstream
potential
mosfet
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DE112020006206.6T
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Ryohei Sawada
Masayuki Kato
Kota ODA
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Wiring Systems Ltd
AutoNetworks Technologies Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

Eine Ansteuervorrichtung (11) steuert eine Last (13) an. Ein n-Kanal-MOSFET (20) ist in einem Strompfad eines über die Last (13) fließenden Stroms nach der Last (13) angeordnet. Ein Stromkreiswiderstand (21) ist zwischen eine Gleichstromquelle (10) und das Gate des MOSFET (20) geschaltet. Ein erster Schalter (22) ist zwischen das Gate und die Source des MOSFET (20) geschaltet. Ein Mikrocomputer (30) gibt eine Spannung bezogen auf ein Potenzial an einem Ausgangsanschluss eines zweiten Schalters (26) an einen Steueranschluss des zweiten Schalters (26) aus. Als Ergebnis wird der zweite Schalter (26) ein- oder ausgeschaltet. Ein Schalt-Stromkreis (25) schaltet den ersten Schalter (22) ein, wenn der zweite Schalter (26) ausgeschaltet wird, und schaltet den ersten Schalter (22) aus, wenn der zweite Schalter (26) ausgeschaltet wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ansteuervorrichtung.
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 19. Dezember 2019 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019 - 229 585 , die durch Verweis als hierin aufgenommen gilt.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • In einem Fahrzeug ist ein Stromversorgungssystem eingebaut, bei dem eine Gleichstromquelle, wie etwa eine Batterie, eine Last mit Strom versorgt. Das Stromversorgungssystem weist eine Ansteuervorrichtung auf, die die Last ansteuert. Patentdokument Nr. 1 offenbart eine Ansteuervorrichtung, die eine Last ansteuert. Die Ansteuervorrichtung weist einen Schalter, der in einem Pfad eines über die Last fließenden Stroms nach der Last angeordnet ist, und einen Ansteuerstromkreis auf, der den Schalter ein- oder ausschaltet. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, fließt ein Strom von einer Gleichstromquelle zu der Last und dem Schalter - und zwar in dieser Reihenfolge - und die Last wird mit Strom versorgt.
  • Der Schalter ist ein n-Kanal-FET (Feldeffekttransistor). Der Drain des Schalters ist mit der Last verbunden. Die Source des Schalters ist geerdet. Der Ansteuerstromkreis gibt ein Steuersignal, das von einem hohen Spannungspegel und einem niedrigen Spannungspegel gebildet wird, an das Gate des Schalters aus. Der Schalter ist eingeschaltet, wenn die Spannung an dem Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich einem Schwellenwert ist, und ausgeschaltet, wenn die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source kleiner als der Schwellenwert ist. Der Ansteuerstromkreis schaltet den Schalter durch Umschalten der Spannung des Steuersignals auf den hohen Pegel ein und schaltet den Schalter durch Umschalten der Spannung des Steuersignals auf den niedrigen Pegel aus.
  • VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
  • PATENTDOKUMENTE
  • Patentdokument Nr. 1: JP 2011 - 216 229 A
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Eine Ansteuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern einer Last, die aufweist: einen n-Kanal-MOSFET, der in einem Strompfad eines über die Last fließenden Stroms nach der Last (der Last nachgeschaltet) angeordnet ist; einen Widerstand, der zwischen eine Gleichstromquelle und das Gate des MOSFET geschaltet ist; einen ersten Schalter, der zwischen das Gate und die Source des MOSFET geschaltet ist; einen zweiten Schalter, der eingeschaltet ist, wenn eine Spannung an einem Steueranschluss bezogen auf ein Potenzial an einem Ausgangsanschluss, von dem ein Strom ausgegeben wird, größer oder gleich einem Schwellenwert ist; einen Schalt-Stromkreis, der dazu eingerichtet ist, den ersten Schalter einzuschalten, wenn der zweite Schalter eingeschaltet wird, und den ersten Schalter auszuschalten, wenn der zweite Schalter ausgeschaltet wird; und eine Ausgabeeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Spannung bezogen auf das Potenzial an dem Ausgangsanschluss des zweiten Schalters an den Steueranschluss des zweiten Schalters auszugeben.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockschaltbild, das die Ausgestaltung eines Hauptabschnitts eines Stromversorgungssystems in Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
    • 2 ist ein Schaltbild einer Ansteuervorrichtung.
    • 3 ist ein Zeitablaufgraph, der das Umschalten eines MOSFET zeigt.
    • 4 ist ein Blockschaltbild, das die Ausgestaltung eines Hauptabschnitts einer Ansteuervorrichtung in Ausführungsbeispiel 2 zeigt.
    • 5 ist ein Zeitablaufgraph, der eine Betriebsweise der Ansteuervorrichtung zeigt.
    • 6 ist ein Schaltbild eines ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreises.
  • VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
  • Bei herkömmlichen Ansteuervorrichtungen, etwa der in Patentdokument Nr. 1 beschriebenen, ist der Ansteuerstromkreis über eine Leitung geerdet. Die Erdung wird durch Verbindung mit einem Erdungsleiter realisiert. Ein Ende der Leitung ist mit dem Ansteuerstromkreis verbunden. Das andere Ende der Leitung ist geerdet. Die Spannung des Steuersignals, das von dem Ansteuerstromkreis ausgegeben wird, ist eine Spannung bezogen auf das Potenzial an dem einen Ende der Leitung. In dem Fahrzeug können auch andere elektrische Einrichtungen als die Last über die gemeinsame Leitung geerdet sein. Bei dieser Ausgestaltung schwankt ein über die Leitung fließender Strom, wenn die elektrischen Einrichtungen den Betrieb aufnehmen bzw. beenden. Die Leitung weist typischerweise eine induktive Komponente und eine resistive Komponente auf. Demgemäß schwankt, wenn ein über die Leitung fließender Strom schwankt, auch die Spannung an dem einen Ende der Leitung bezogen auf ein Erdungspotenzial. Auch wenn keine elektrische Einrichtung über die gemeinsame Leitung geerdet ist, schwankt die Spannung an dem einen Ende der Leitung bezogen auf das Erdungspotenzial, wenn ein Strom aufgrund von Rauschen über die Leitung fließt oder ein Kontaktwiderstand der Leitung am Erdungsleiter zunimmt.
  • Da die Source des Schalters geerdet ist, wird der Schalter entsprechend der Spannung am Gate bezogen auf das Erdungspotenzial ein- oder ausgeschaltet. Wenn die Spannung an dem einen Ende der Leitung bezogen auf das Erdungspotenzial eine negative Spannung ist, besteht die Möglichkeit, dass der Schalter nicht eingeschaltet wird, obwohl die Spannung des ausgegebenen Steuersignals der hohe Spannungspegel ist. Wenn die Spannung an dem einen Ende der Leitung bezogen auf das Erdungspotenzial hoch ist, besteht die Möglichkeit, dass der Schalter nicht ausgeschaltet wird, obwohl die Spannung des ausgegebenen Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist.
  • Es liegt daher als Aufgabe zugrunde, eine Ansteuervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, den Schalter selbst dann korrekt ein- oder auszuschalten, wenn das Referenzpotenzial für die Steuerspannung schwankt.
  • EFFEKT DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein MOSFET selbst dann korrekt ein- oder ausgeschaltet werden, wenn das Referenzpotenzial für die Steuerspannung schwankt.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Zunächst werden Aspekte der Ausführung der vorliegenden Offenbarung angeführt und beschrieben. Mindestens einige der folgenden Ausführungsformen lassen sich geeignet kombinieren.
  • (1) Eine Ansteuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern einer Last, die aufweist: einen n-Kanal-MOSFET, der in einem Strompfad eines über die Last fließenden Stroms nach der Last (der Last nachgeschaltet) angeordnet ist; einen Widerstand, der zwischen eine Gleichstromquelle und das Gate des MOSFET geschaltet ist; einen ersten Schalter, der zwischen das Gate und die Source des MOSFET geschaltet ist; einen zweiten Schalter, der eingeschaltet ist, wenn eine Spannung an einem Steueranschluss bezogen auf ein Potenzial an einem Ausgangsanschluss, von dem ein Strom ausgegeben wird, größer oder gleich einem Schwellenwert ist; einen Schalt-Stromkreis, der dazu eingerichtet ist, den ersten Schalter einzuschalten, wenn der zweite Schalter eingeschaltet wird, und den ersten Schalter auszuschalten, wenn der zweite Schalter ausgeschaltet wird; und eine Ausgabeeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Spannung bezogen auf das Potenzial an dem Ausgangsanschluss des zweiten Schalters an den Steueranschluss des zweiten Schalters auszugeben.
  • Gemäß diesem Aspekt gibt die Ausgabeeinheit eine Steuerspannung bezogen auf das Potenzial am Ausgangsanschluss des zweiten Schalters aus. Der zweite Schalter wird entsprechend der Spannung an dem Steueranschluss bezogen auf das Potenzial am Ausgangsanschluss ein- oder ausgeschaltet. Daher wird der zweite Schalter selbst dann korrekt ein- oder ausgeschaltet, wenn das Bezugspotenzial für die Steuerspannung, d. h. die Spannung am Ausgangsanschluss des zweiten Schalters bezogen auf das Erdungspotenzial schwankt.
  • Der Schalt-Stromkreis schaltet den ersten Schalter ein, wenn der zweite Schalter eingeschaltet wird. Wenn der erste Schalter eingeschaltet wird, sinkt im MOSFET die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source auf 0 V und der MOSFET wird ausgeschaltet. Der Schalt-Stromkreis schaltet den ersten Schalter aus, wenn der zweite Schalter ausgeschaltet wird. Wenn der erste Schalter ausgeschaltet wird, steigt im MOSFET die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source und der MOSFET wird eingeschaltet. Wenn der zweite Schalter korrekt umgeschaltet wird, wird auch der MOSFET korrekt umgeschaltet. Daher wird der MOSFET selbst dann korrekt ein- oder ausgeschaltet, wenn das Referenzpotenzial für die Steuerspannung schwankt.
  • (2) In der Ansteuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Ausgangsanschluss des zweiten Schalters über eine erste Leitung mit einem Erdungsleiter verbunden und die Source des MOSFET ist über eine zweite Leitung mit dem Erdungsleiter verbunden.
  • Gemäß diesem Aspekt wird die Erdung durch Verbindung mit dem Erdungsleiter realisiert. Die erste Leitung weist eine induktive Komponente und eine resistive Komponente auf. Daher schwankt, wenn der über die erste Leitung fließende Strom schwankt, die Spannung am Ausgangsanschluss des zweiten Schalters bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter, d. h. bezogen auf das Erdungspotenzial.
  • (3) In der Ansteuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der erste Schalter eingeschaltet, wenn eine Spannung an einem Steueranschluss bezogen auf ein Potenzial an einem Ausgangsanschluss, von dem ein Strom ausgegeben wird, größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist. Die Ansteuervorrichtung weist ferner einen zweiten Widerstand auf, der zwischen den Steueranschluss und den Ausgangsanschluss des ersten Schalters geschaltet ist. Ein Eingangsanschluss des ersten Schalters, an den ein Strom eingegeben wird, ist mit dem Gate des MOSFET verbunden. Der Ausgangsanschluss des ersten Schalters ist mit der Source des MOSFET verbunden. Der Schalt-Stromkreis weist auf einen dritten Schalter, der eingeschaltet ist, wenn eine Spannung an einem Steueranschluss bezogen auf ein Potenzial an einem Eingangsanschluss, an den ein Strom eingegeben wird, kleiner als ein dritter Schwellenwert ist; und einen dritten Widerstand, der zwischen den Steueranschluss und den Eingangsanschluss des dritten Schalters geschaltet ist. Der Eingangsanschluss des dritten Schalters ist mit der Gleichstromquelle verbunden. Ein Ausgangsanschluss des dritten Schalters, von dem ein Strom ausgegeben wird, ist mit dem Steueranschluss des ersten Schalters verbunden. Der Steueranschluss des dritten Schalters ist mit einem Eingangsanschluss des zweiten Schalters verbunden, an den ein Strom eingegeben wird.
  • Gemäß diesem Aspekt sind zum Beispiel die Source des MOSFET und der Ausgangsanschluss des zweiten Schalters getrennt voneinander geerdet. Wenn der zweite Schalter eingeschaltet ist, fließt ein Strom über den dritten Widerstand und den zweiten Schalter - und zwar in dieser Reihenfolge. In dem dritten Schalter ist zu diesem Zeitpunkt die Spannung am Steueranschluss bezogen auf das Potenzial am Eingangsanschluss eine negative Spannung und kleiner als der dritte Schwellenwert. Daher ist der dritte Schalter eingeschaltet, wenn der zweite Schalter eingeschaltet ist. Wenn der dritte Schalter eingeschaltet ist, fließt ein Strom über den dritten Schalter und den zweiten Widerstand - und zwar in dieser Reihenfolge. In dem ersten Schalter ist zu diesem Zeitpunkt die Spannung am Steueranschluss bezogen auf das Potenzial am Ausgangsanschluss eine positive Spannung und größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert. Daher ist der erste Schalter eingeschaltet, wenn der dritte Schalter eingeschaltet ist.
  • Wenn der zweite Schalter ausgeschaltet ist, fließt kein Strom über den dritten Widerstand. In dem dritten Schalter beträgt nun die Spannung am Steueranschluss bezogen auf das Potenzial am Eingangsanschluss 0 V und ist größer oder gleich dem dritten Schwellenwert. Daher ist der dritte Schalter ausgeschaltet, wenn der zweite Schalter ausgeschaltet ist. Wenn der dritte Schalter ausgeschaltet ist, fließt kein Strom über den zweiten Widerstand. In dem ersten Schalter beträgt zu diesem Zeitpunkt die Spannung am Steueranschluss bezogen auf das Potenzial am Ausgangsanschluss 0 V und ist kleiner als der zweite Schwellenwert. Daher ist der erste Schalter ausgeschaltet, wenn der dritte Schalter ausgeschaltet ist.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen konkrete Beispiele für Stromversorgungssysteme gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern durch die Ansprüche angegeben, und es ist beabsichtigt, dass sie alle Abwandlungen umfasst, die in den Bedeutungsbereich und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Ausgestaltung des Stromversorgungssystems
  • 1 ist ein Blockschaltbild, das die Ausgestaltung eines Hauptabschnitts eines Stromversorgungssystems 1 in Ausführungsbeispiel 1 zeigt. Das Stromversorgungssystem 1 ist vorzugsweise in einem Fahrzeug eingebaut und weist eine Gleichstromquelle 10, eine Ansteuervorrichtung 11, mehrere elektrische Einrichtungen 12, eine Last 13, eine erste Leitung 14, eine zweite Leitung 15 und einen Erdungsleiter 16 auf. Die Gleichstromquelle 10 ist zum Beispiel eine Batterie. Die Last 13 ist eine elektrische Einrichtung, die in dem Fahrzeug eingebaut ist. Die elektrischen Einrichtungen 12 sind zum Beispiel ECUs (elektrische Steuereinheiten). Die erste Leitung 14 und die zweite Leitung 15 weisen jeweils eine induktive Komponente und eine resistive Komponente auf. Ein Ersatzschaltkreis der ersten Leitung 14 wird durch eine Reihenschaltung dargestellt, die einen Induktor 14a und einen Leitungswiderstand 14b aufweist. Ein Ende und das andere Ende der ersten Leitung 14 entsprechen einem Ende bzw. dem anderen Ende der Reihenschaltung. Ein Ersatzschaltkreis der zweiten Leitung 15 kann ebenfalls durch eine Reihenschaltung dargestellt werden, die einen Induktor und einen Leitungswiderstand aufweist.
  • Die positive Elektrode der Gleichstromquelle 10 ist individuell mit der Ansteuervorrichtung 11 und den mehreren elektrischen Einrichtungen 12 verbunden. Die Ansteuervorrichtung 11 ist individuell mit einem Ende und dem anderen Ende der Last 13 verbunden. Die negative Elektrode der Gleichstromquelle 10 ist mit dem Erdungsleiter 16 verbunden. Die Ansteuervorrichtung 11 und die mehreren elektrischen Einrichtungen 12 sind mit einem Ende der ersten Leitung 14 verbunden. Das andere Ende der ersten Leitung 14 ist mit dem Erdungsleiter 16 verbunden. Die Ansteuervorrichtung 11 ist ferner mit einem Ende der zweiten Leitung 15 verbunden. Das andere Ende der zweiten Leitung 15 ist mit dem Erdungsleiter 16 verbunden.
  • Der Erdungsleiter 16 ist beispielsweise die Karosserie des Fahrzeugs. Die negative Elektrode der Gleichstromquelle 10 ist dadurch geerdet, dass sie mit dem Erdungsleiter 16 verbunden ist. Die Ansteuervorrichtung 11 und die mehreren elektrischen Einrichtungen 12 sind dadurch geerdet, dass sie über die erste Leitung 14 mit dem Erdungsleiter 16 verbunden sind.
  • Die Gleichstromquelle 10 versorgt die Ansteuervorrichtung 11 und die mehreren elektrischen Einrichtungen 12 mit Strom. Wenn die Ansteuervorrichtung 11 mit Strom von der Gleichstromquelle 10 versorgt wird, fließt ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 über die Ansteuervorrichtung 11, die erste Leitung 14 und den Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück. Wenn die elektrischen Einrichtungen 12 mit Strom von der Gleichstromquelle 10 versorgt werden, fließt ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 über die elektrischen Einrichtungen 12, die erste Leitung 14 und den Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück.
  • Wenn die elektrischen Einrichtungen 12 den Betrieb aufnehmen oder beenden, schwanken Ströme, die von den elektrischen Einrichtungen 12 an die erste Leitung 14 ausgegeben werden. Wenn die elektrischen Einrichtungen 12 den Betrieb aufnehmen, nehmen die Ströme zu, die von den elektrischen Einrichtungen 12 an die erste Leitung 14 ausgegeben werden. Wenn die elektrischen Einrichtungen 12 den Betrieb beenden, nehmen die Ströme ab, die von den elektrischen Einrichtungen 12 an die erste Leitung 14 ausgegeben werden.
  • Die mehreren elektrischen Einrichtungen 12 nehmen unabhängig voneinander den Betrieb auf bzw. beenden den Betrieb. Demgemäß schwankt der über die erste Leitung 14 fließende Strom beträchtlich. Wenn der über die erste Leitung 14 fließende Strom zunimmt, nimmt der Spannungsabfall über den Leitungswiderstand 14b der ersten Leitung 14 zu, und daher nimmt die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16 zu. Je größer die Zunahme des über die erste Leitung 14 fließenden Stroms ist, desto größer ist die Zunahme der Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16.
  • Wenn der über die erste Leitung 14 fließende Strom abnimmt, senkt der Induktor 14a die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial an dem Ende, das auf der Seite des Erdungsleiters 16 liegt. Als Ergebnis nimmt die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16 ab. Je größer die Abnahme des über die erste Leitung 14 fließenden Stroms ist, desto größer ist die Abnahme der Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16.
  • Aus den vorstehend beschriebenen Gründen schwankt die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 ist die Spannung an dem Verbindungsknoten zwischen der Ansteuervorrichtung 11 und der ersten Leitung 14.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der das Stromversorgungssystem 1 die elektrischen Einrichtungen 12 nicht aufweist. Das heißt, es ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der die elektrischen Einrichtungen 12 nicht mit dem einen Ende der ersten Leitung 14 verbunden sind. Auch in diesem Fall schwankt der über die erste Leitung 14 fließende Strom, wenn ein Strom aufgrund von Rauschen über die erste Leitung 14 fließt oder ein Kontaktwiderstand der ersten Leitung 14 am Erdungsleiter 16 zunimmt. Als Ergebnis schwankt die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16.
  • Das Folgende beschreibt beispielhaft eine Ausgestaltung, bei der die mehreren elektrischen Einrichtungen 12 mit dem einen Ende der ersten Leitung 14 verbunden sind.
  • Ein Ende der Last 13 ist über die Ansteuervorrichtung 11 mit der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 verbunden. Die Ansteuervorrichtung 11 weist einen n-Kanal-MOSFET (Metal-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) 20 (siehe 2) auf, der als Schalter dient. Das andere Ende der Last 13 ist über den MOSFET 20 und die zweite Leitung 15 mit dem Erdungsleiter 16 verbunden. Die Ansteuervorrichtung 11 schaltet den MOSFET 20 ein. Als Ergebnis versorgt die Gleichstromquelle 10 die Last 13 mit Strom, und die Last 13 ist in Betrieb. Die Ansteuervorrichtung 11 steuert die Last 13 an, indem sie den MOSFET 20 einschaltet. Die Ansteuervorrichtung 11 schaltet den MOSFET 20 aus. Als Ergebnis beendet die Gleichstromquelle 10 die Stromversorgung der Last 13, und die Last 13 beendet den Betrieb.
  • Wie später beschrieben wird, ist die Ansteuervorrichtung 11 in der Lage, den MOSFET 20 selbst dann korrekt ein- oder auszuschalten, wenn die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16 schwankt.
  • Ausgestaltung der Ansteuervorrichtung 11
  • 2 ist ein Schaltbild der Ansteuervorrichtung 11. Die Ansteuervorrichtung 11 weist zusätzlich zu dem MOSFET 20 einen Stromkreiswiderstand 21, einen ersten Schalter 22, erste Schalterwiderstände 23 und 24, einen Schalt-Stromkreis 25, einen zweiten Schalter 26, zweite Schalterwiderstände 27 und 28, einen Regler 29 und einen Mikrocomputer 30 auf. Der Schalt-Stromkreis 25 weist einen dritten Schalter 40 und dritte Schalterwiderstände 41 und 42 auf. Der erste Schalter 22 und der zweite Schalter 26 sind jeweils npn-Bipolartransistoren. Der dritte Schalter 40 ist ein pnp-Bipolartransistor.
  • Der Drain des MOSFET 20 ist mit dem anderen Ende der Last 13 verbunden. Die Source des MOSFET 20 ist über die zweite Leitung 15 mit dem Erdungsleiter 16 verbunden. Ein Ende des Stromkreiswiderstands 21 ist mit der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 verbunden. Das andere Ende des Stromkreiswiderstands 21 ist mit dem Gate des MOSFET 20 verbunden. Das Gate des MOSFET 20 ist ferner mit dem Kollektor des ersten Schalters 22 verbunden. Der Emitter des ersten Schalters 22 ist mit der Source des MOSFET 20 und dem einen Ende der zweiten Leitung 15 verbunden. Der erste Schalterwiderstand 23 ist zwischen die Basis und den Emitter des ersten Schalters 22 geschaltet. Der erste Schalterwiderstand 23 dient als zweiter Widerstand. Die Basis des ersten Schalters 22 ist ferner mit einem Ende des ersten Schalterwiderstands 24 verbunden.
  • Die positive Elektrode der Gleichstromquelle 10 ist mit dem Emitter des dritten Schalters 40 verbunden, der in dem Schalt-Stromkreis 25 enthalten ist. Der Kollektor des dritten Schalters 40 ist mit dem anderen Ende des ersten Schalterwiderstands 24 verbunden. In dem Schalt-Stromkreis 25 ist der dritte Schalterwiderstand 41 zwischen die Basis und den Emitter des dritten Schalters 40 geschaltet. Der dritte Schalterwiderstand 41 dient als dritter Widerstand. Die Basis des dritten Schalters 40 ist ferner mit einem Ende des dritten Schalterwiderstands 42 verbunden.
  • Das andere Ende des dritten Schalterwiderstands 42 ist mit dem Kollektor des zweiten Schalters 26 verbunden. Der Emitter des zweiten Schalters 26 ist mit dem einen Ende der ersten Leitung 14 verbunden. Der zweite Schalterwiderstand 27 ist zwischen die Basis und den Emitter des zweiten Schalters 26 geschaltet. Die Basis des zweiten Schalters 26 ist ferner mit einem Ende des zweiten Schalterwiderstands 28 verbunden. Das andere Ende des zweiten Schalterwiderstands 28 ist mit dem Mikrocomputer 30 verbunden.
  • Die positive Elektrode der Gleichstromquelle 10 ist mit dem Regler 29 verbunden. Der Regler 29 ist ferner mit dem Mikrocomputer 30 verbunden. Der Mikrocomputer 30 ist mit dem einen Ende der ersten Leitung 14 verbunden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist der erste Schalter 22 zwischen das Gate und die Source des MOSFET 20 geschaltet. Der Emitter des zweiten Schalters 26 ist über die erste Leitung 14 mit dem Erdungsleiter 16 verbunden. Die mehreren elektrischen Einrichtungen 12 sind mit dem Verbindungsknoten zwischen dem Emitter des zweiten Schalters und der ersten Leitung 14 verbunden. Der Kollektor des dritten Schalters 40 ist über den ersten Schalterwiderstand 24 mit der Basis des ersten Schalters 22 verbunden. Die Basis des dritten Schalters 40 ist über den dritten Schalterwiderstand 42 mit dem Kollektor des zweiten Schalters 26 verbunden.
  • Betrieb der Ansteuervorrichtung 11
  • In dem MOSFET 20 ist der Wert des Widerstands zwischen dem Drain und der Source hinreichend klein, wenn die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich einem Gate-Schwellenwert ist. Der MOSFET 20 ist dann eingeschaltet und es kann ein Strom über den Drain und die Source fließen. In dem MOSFET 20 ist der Wert des Widerstands zwischen dem Drain und der Source hinreichend groß, wenn die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source kleiner als der Gate-Schwellenwert ist. Der MOSFET 20 ist dann ausgeschaltet und es fließt kein Strom über den Drain und die Source. Der Gate-Schwellenwert ist ein konstanter positiver Wert, der im Voraus festgelegt ist.
  • In dem ersten Schalter 22 ist der Wert des Widerstands zwischen dem Kollektor und dem Emitter hinreichend klein, wenn die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter größer oder gleich einem ersten Spannungsschwellenwert ist. Der erste Schalter 22 ist dann eingeschaltet und es kann ein Strom über den Kollektor und den Emitter fließen. In dem ersten Schalter 22 ist der Wert des Widerstands zwischen dem Kollektor und dem Emitter hinreichend groß, wenn die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter kleiner als der erste Spannungsschwellenwert ist. Der erste Schalter 22 ist dann ausgeschaltet und es fließt kein Strom über den Kollektor und den Emitter. Der erste Spannungsschwellenwert ist ein konstanter positiver Wert, der im Voraus festgelegt ist. Der erste Spannungsschwellenwert entspricht einem zweiten Schwellenwert.
  • Der zweite Schalter 26 ist auf gleichartige Weise wie der erste Schalter 22 eingerichtet. Der zweite Schalter 26 ist eingeschaltet, wenn im zweiten Schalter 26 die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter größer oder gleich einem zweiten Spannungsschwellenwert ist. Der zweite Schalter 26 ist ausgeschaltet, wenn im zweiten Schalter 26 die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter kleiner als der zweite Spannungsschwellenwert ist. Der zweite Spannungsschwellenwert ist ein konstanter positiver Wert, der im Voraus festgelegt ist.
  • In dem dritten Schalter 40 ist der Wert des Widerstands zwischen dem Emitter und dem Kollektor hinreichend klein, wenn die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter kleiner als ein dritter Spannungsschwellenwert ist. Der dritte Schalter 40 ist dann eingeschaltet und es kann ein Strom über den Emitter und den Kollektor fließen. In dem dritten Schalter 40 ist der Wert des Widerstands zwischen dem Emitter und dem Kollektor hinreichend groß, wenn die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter größer oder gleich dem dritten Spannungsschwellenwert ist. Der dritte Schalter 40 ist dann ausgeschaltet und es fließt kein Strom über den Emitter und den Kollektor. Der dritte Spannungsschwellenwert ist ein konstanter negativer Wert, der im Voraus festgelegt ist. Der dritte Spannungsschwellenwert entspricht einem dritten Schwellenwert.
  • Im Folgenden wird die Spannung an der Gleichstromquelle 10 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16 als „Stromversorgungsspannung“ bezeichnet. Der Regler 29 reduziert die Stromversorgungsspannung auf eine Sollspannung und legt die Sollspannung an den Mikrocomputer 30 an. Somit wird der Mikrocomputer 30 mit Strom versorgt. Die Stromversorgungsspannung beträgt zum Beispiel 12 V. Die Sollspannung beträgt zum Beispiel 5 V. Wenn der Mikrocomputer 30 mit Strom versorgt wird, fließt ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 zu dem Regler 29, dem Mikrocomputer 30, der ersten Leitung 14 und dem Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge.
  • Der Mikrocomputer 30 gibt über den zweiten Schalterwiderstand 28 an einen Steueranschluss des zweiten Schalters 26 ein Steuersignal aus, das durch einen hohen Spannungspegel und einen niedrigen Spannungspegel gebildet wird. Der hohe Spannungspegel und der niedrige Spannungspegel sind jeweils Spannungen bezogen auf das Potenzial am Emitter des zweiten Schalters 26. Der hohe Spannungspegel ist höher als der niedrige Spannungspegel. Der niedrige Spannungspegel beträgt zum Beispiel 0 V. Der Mikrocomputer 30 schaltet den MOSFET 20 durch Umschalten der Spannung des Steuersignals ein oder aus. Der Mikrocomputer 30 dient als Ausgabeeinheit.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, schwankt der über die erste Leitung 14 fließende Strom, wenn die mehreren elektrischen Einrichtungen den Betrieb aufnehmen bzw. beenden. Wenn der über die erste Leitung 14 fließende Strom schwankt, schwankt das Potenzial am Emitter des zweiten Schalters 26, d. h. die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, schwanken der über die erste Leitung 14 fließende Strom und die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16, wenn aufgrund von Rauschen ein Strom über die erste Leitung 14 fließt oder ein Kontaktwiderstand der ersten Leitung 14 am Erdungsleiter 16 zunimmt.
  • 3 ist ein Zeitablaufgraph, der das Umschalten des MOSFET 20 zeigt. In 3 ist der hohe Spannungspegel mit „H“ bezeichnet, und der niedrige Spannungspegel ist mit „L“ bezeichnet. Ein Graph der Spannung des Steuersignals und Graphen der Zustände des zweiten Schalters 26, des dritten Schalters 40, des ersten Schalters 22 und des MOSFET 20 sind gezeigt. In diesen Graphen ist die Zeit auf der horizontalen Achse dargestellt.
  • Wenn die Spannung des Steuersignals größer als 0 V ist, fließt ein Strom von dem Mikrocomputer 30 zu den zweiten Schalterwiderständen 28 und 27 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt dann zum Mikrocomputer 30 zurück. Der Mikrocomputer 30 schaltet die Spannung des Steuersignals von dem hohen Spannungspegel auf den niedrigen Spannungspegel um, um die Last 13 anzusteuern. Wenn die Spannung des Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist, ist der über die zweiten Schalterwiderstände fließende Strom hinreichend gering oder 0 A. Demgemäß ist im zweiten Schalter 26 die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter hinreichend gering oder 0 A und ist kleiner als der zweite Spannungsschwellenwert. Daher ist der zweite Schalter 26 ausgeschaltet.
  • Wenn der zweite Schalter 26 ausgeschaltet ist, fließt kein Strom über die dritten Schalterwiderstände 41 und 42. Demgemäß ist im dritten Schalter 40 die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter 0 V und größer oder gleich dem dritten Spannungsschwellenwert. Daher ist der dritte Schalter 40 ausgeschaltet.
  • Wenn der dritte Schalter 40 ausgeschaltet ist, fließt kein Strom über die ersten Schalterwiderstände 23 und 24. Demgemäß beträgt im ersten Schalter 22 die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter 0 V und ist kleiner als der erste Spannungsschwellenwert. Daher ist der erste Schalter 22 ausgeschaltet. Demgemäß schaltet der Schalt-Stromkreis 25 den ersten Schalter 22 aus, wenn der zweite Schalter 26 ausgeschaltet wird.
  • Wenn der erste Schalter 22 ausgeschaltet ist, fließt kein Strom über den Stromkreiswiderstand 21, und dementsprechend ist die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16 die Stromversorgungsspannung. Wenn aufgrund von Rauschen ein Strom über die zweite Leitung 15 fließt oder ein Kontaktwiderstand der zweiten Leitung 15 am Erdungsleiter 16 zunimmt, schwankt die Spannung an dem einen Ende der zweiten Leitung 15, d. h. die Spannung an der Source des MOSFET 20 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Die Stromversorgungsspannung ist hinreichend größer als der Maximalwert der Spannung an der Source des MOSFET 20 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Der Unterschied zwischen dem Maximalwert und der Stromversorgungsspannung ist größer oder gleich dem Gate-Schwellenwert. Demgemäß ist, wenn der erste Schalter 22 ausgeschaltet ist, im MOSFET 20 die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich dem Gate-Schwellenwert und der MOSFET 20 ist eingeschaltet.
  • Wenn der MOSFET 20 eingeschaltet ist, fließt ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 über die Last 13, den MOSFET 20, die zweite Leitung 15 und den Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück. Somit wird die Last 13 mit Strom versorgt, und die Last 13 ist in Betrieb. Der Strom wird dabei an den Drain des MOSFET 20 eingegeben und von der Source des MOSFET 20 ausgegeben.
  • Der Strompfad des Stroms, der von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 über die Last 13, den MOSFET 20, die zweite Leitung 15 und den Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - fließt, ist der Strompfad eines über die Last 13 fließenden Stroms. Der MOSFET 20 ist in dem Strompfad nach der Last 13 angeordnet.
  • Der Mikrocomputer 30 schaltet die Spannung des Steuersignals von dem niedrigen Spannungspegel auf den hohen Spannungspegel um, um den Betrieb der Last 13 zu beenden. Wenn die Spannung des Steuersignals der hohe Spannungspegel ist, ist ein Strom, der über die zweiten Schalterwiderstände 28 und 27 - und zwar in dieser Reihenfolge - fließt, hinreichend groß. Demgemäß ist, wenn die Spannung des Steuersignals der hohe Spannungspegel ist, im zweiten Schalter 26 die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter größer oder gleich dem zweiten Spannungsschwellenwert, und der zweite Schalter 26 ist eingeschaltet.
  • Wenn der zweite Schalter 26 eingeschaltet ist, fließt ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 über die dritten Schalterwiderstände 41 und 42, den zweiten Schalter 26, die erste Leitung 14 und den Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück. Dabei entsteht ein Spannungsabfall am dritten Schalterwiderstand 41, und im dritten Schalter 40 ist die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter kleiner als der dritte Spannungsschwellenwert. Infolgedessen ist der dritte Schalter 40 eingeschaltet, wenn der zweite Schalter 26 eingeschaltet ist.
  • Wenn der zweite Schalter 26 eingeschaltet ist, wird ein Strom an den Kollektor des zweiten Schalters 26 eingegeben und von dem Emitter des zweiten Schalters 26 ausgegeben. Der Kollektor, der Emitter und die Basis des zweiten Schalters 26 dienen als Eingangsanschluss, Ausgangsanschluss bzw. Steueranschluss.
  • Wenn der dritte Schalter 40 eingeschaltet ist, fließt ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 über den dritten Schalter 40, die ersten Schalterwiderstände 24 und 23, die zweite Leitung 15 und den Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück. Dabei entsteht ein Spannungsabfall am ersten Schalterwiderstand 23, und im ersten Schalter 22 ist die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter größer oder gleich dem ersten Spannungsschwellenwert. Infolgedessen ist der erste Schalter 22 eingeschaltet, wenn der dritte Schalter 40 eingeschaltet ist. Der Schalt-Stromkreis 25 schaltet den ersten Schalter 22 ein, wenn der zweite Schalter 26 eingeschaltet wird.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Stromversorgungsspannung hinreichend größer als der Maximalwert der Spannung an der Source des MOSFET 20, d. h. der Spannung am Emitter des ersten Schalters 22 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Demgemäß ist ein über den ersten Schalterwiderstand 23 fließender Storm groß, und der Spannungsabfall am ersten Schalterwiderstand 23 ist größer oder gleich dem ersten Spannungsschwellenwert. Daher wird der erste Schalter 22 zuverlässig eingeschaltet, wenn der dritte Schalter 40 eingeschaltet wird.
  • Wenn der dritte Schalter 40 eingeschaltet ist, wird ein Strom an den Emitter des dritten Schalters 40 eingegeben und von dem Kollektor des dritten Schalters 40 ausgegeben. Der Emitter, der Kollektor und die Basis des dritten Schalters 40 dienen als Eingangsanschluss, Ausgangsanschluss bzw. Steueranschluss.
  • Wenn der erste Schalter 22 eingeschaltet ist, beträgt im MOSFET 20 die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source 0 V und ist kleiner als der Gate-Schwellenwert. Daher ist der MOSFET 20 ausgeschaltet, wenn der erste Schalter 22 eingeschaltet ist.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist der MOSFET 20 eingeschaltet, wenn die Spannung des Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist, d. h., wenn der Mikrocomputer 30 den niedrigen Spannungspegel an das Gate des zweiten Schalters 26 ausgibt. Wenn die Spannung des Steuersignals der hohe Spannungspegel ist, d. h., wenn der Mikrocomputer 30 den hohen Spannungspegel an das Gate des zweiten Schalters 26 ausgibt, ist der MOSFET 20 ausgeschaltet.
  • Wenn der erste Schalter 22 eingeschaltet ist, fließt ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 über den Stromkreiswiderstand 21, den ersten Schalter 22, die zweite Leitung 15 und den Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück. Wenn der erste Schalter 22 eingeschaltet ist, wird der Strom an den Kollektor des ersten Schalters 22 eingegeben und von dem Emitter des ersten Schalters 22 ausgegeben. Der Kollektor, der Emitter und die Basis des ersten Schalters 22 dienen als Eingangsanschluss, Ausgangsanschluss bzw. Steueranschluss.
  • Wenn die erste Leitung 14 unterbrochen wird oder die Verbindung zwischen der Ansteuervorrichtung 11 und dem Erdungsleiter 16 über die erste Leitung 14 getrennt wird, wird der Emitter des zweiten Schalters 26 geöffnet. In diesem Fall fließt kein Strom zum zweiten Schalterwiderstand 27, und dementsprechend beträgt im zweiten Schalter 26 die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter 0 V und ist kleiner als der zweite Spannungsschwellenwert. Der zweite Schalter 26 ist dann ausgeschaltet. Wie vorstehend beschrieben ist, sind der dritte Schalter 40 und der erste Schalter 22 ausgeschaltet und der MOSFET 20 eingeschaltet, wenn der zweite Schalter 26 ausgeschaltet ist. Wenn der Emitter des zweiten Schalters 26 geöffnet wird, bleibt der MOSFET 20 daher eingeschaltet.
  • Effekte der Ansteuervorrichtung 11
  • Der hohe Spannungspegel und der niedrige Spannungspegel, die von dem Mikrocomputer 30 an den zweiten Schalter 26 ausgegeben werden, sind Spannungen bezogen auf das Potenzial am Emitter des zweiten Schalters 26. Der zweite Schalter 26 wird entsprechend der Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter ein- oder ausgeschaltet. Daher wird der zweite Schalter 26 selbst dann korrekt ein- oder ausgeschaltet, wenn das Bezugspotenzial für den hohen Spannungspegel und den niedrigen Spannungspegel, d. h. die Spannung am Emitter des zweiten Schalters 26 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16, schwankt.
  • Außerdem ist die Stromversorgungsspannung der Gleichstromquelle 10 hinreichend größer als der Maximalwert der Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Demgemäß fließt, wenn der zweite Schalter 26 eingeschaltet ist, ein hinreichend großer Strom über den dritten Schalterwiderstand 41, und im dritten Schalter 40 ist die Spannung an der Basis bezogen auf das Potenzial am Emitter kleiner als der dritte Spannungsschwellenwert. Infolgedessen ist, wenn der zweite Schalter 26 eingeschaltet ist, der dritte Schalter 40 ungeachtet der Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16 eingeschaltet. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der erste Schalter 22 eingeschaltet, und der MOSFET 20 ist ausgeschaltet, wenn der dritte Schalter 40 eingeschaltet ist.
  • Wenn der zweite Schalter 26 ausgeschaltet wird, endet der Stromfluss über den dritten Schalterwiderstand 41 und der dritte Schalter 40 wird ungeachtet der Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16 ausgeschaltet. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der erste Schalter 22 ausgeschaltet, und der MOSFET 20 ist eingeschaltet, wenn der dritte Schalter 40 ausgeschaltet ist.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird, wenn der zweite Schalter 26 korrekt umgeschaltet wird, auch der MOSFET 20 korrekt umgeschaltet. Infolgedessen wird der MOSFET 20 selbst dann korrekt ein- oder ausgeschaltet, wenn das Bezugspotenzial für die Spannung des Steuersignals, d.h. die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16 schwankt.
  • Anmerkungen
  • Der MOSFET 20 braucht nur ein Schalter zu sein, der eingeschaltet wird, wenn die Spannung am Steueranschluss bezogen auf das Potenzial am Ausgangsanschluss, von dem ein Strom ausgegeben wird, zunimmt. Daher kann anstatt des MOSFET 20 auch ein n-Kanal-FET, der kein MOSFET ist, ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), ein npn-Bipolartransistor oder dergleichen verwendet werden.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Im Ausführungsbeispiel 1 wird ein einziger Schalter verwendet, um die Stromversorgung der Last 13 zu steuern. Die Anzahl von Schaltern, die zum Steuern der Stromversorgung der Last 13 verwendet werden, ist jedoch nicht auf eins beschränkt, sondern kann auch zwei oder mehr betragen.
  • Das Folgende beschreibt Aspekte von Ausführungsbeispiel 2, die sich von Ausführungsbeispiel 1 unterscheiden. Ausgestaltungen, die nicht nachstehend beschrieben sind, gleichen denen in Ausführungsbeispiel 1. Dementsprechend tragen Bestandteile, die denen in Ausführungsbeispiel 1 gleichen, die gleichen Bezugszeichen wie in Ausführungsbeispiel 1, und es wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
  • Übersicht über die Ansteuervorrichtung 11
  • 4 ist ein Blockschaltbild, das die Ausgestaltung eines Hauptabschnitts der Ansteuervorrichtung 11 in Ausführungsbeispiel 2 zeigt. Bei dem Stromversorgungssystem 1 des Ausführungsbeispiels 2 steuert die Ansteuervorrichtung 11 einen Motor M an, bei dem es sich um die Last 13 handelt. Ähnlich wie in Ausführungsbeispiel 1 braucht das Stromversorgungssystem 1 des Ausführungsbeispiels 2 nicht notwendigerweise die elektrischen Einrichtungen 12 aufzuweisen. Die Ansteuervorrichtung 11 weist einen ersten vorgeschalteten Schalter 50u, einen ersten nachgeschalteten Schalter 50d, einen zweiten vorgeschalteten Schalter 51u und einen zweiten nachgeschalteten Schalter 51d auf. Ein erster Strompfad und ein zweiter Strompfad sind als Strompfade für einen Strom bereitgestellt, der von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 über den Motor M fließt.
  • Im ersten Strompfad ist der erste vorgeschaltete Schalter 50u vor dem Motor M angeordnet, und der erste nachgeschaltete Schalter 50d ist nach dem Motor M angeordnet. Im zweiten Strompfad ist der zweite vorgeschaltete Schalter 51u vor dem Motor M angeordnet, und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d ist nach dem Motor M angeordnet. Die Richtung des Stromflusses über den Motor M beim Fließen über den ersten Strompfad ist eine erste Richtung, in 4 verläuft sie von oben nach unten. Die Richtung des Stromflusses über den Motor M beim Fließen über den zweiten Strompfad ist eine zweite Richtung, in 4 verläuft sie von unten nach oben. Die erste Richtung ist von der zweiten Richtung verschieden.
  • Wenn der zweite vorgeschaltete Schalter 51u und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d ausgeschaltet sind, schaltet die Ansteuervorrichtung 11 den ersten vorgeschalteten Schalter 50u und den ersten nachgeschalteten Schalter 50d ein. Als Ergebnis fließt ein Strom in der ersten Richtung über den Motor M, und der Motor M dreht sich in einer Vorwärtsrichtung. Der Motor M weist einen Rotor auf, der die Form eines massiven Zylinders aufweist. Die Drehung des Motors M bezieht sich auf die Drehung des Rotors um seine Achse. Die Vorwärtsrichtung ist zum Beispiel der Uhrzeigersinn.
  • Wenn der erste vorgeschaltete Schalter 50u und der erste nachgeschaltete Schalter 50d ausgeschaltet sind, schaltet die Ansteuervorrichtung 11 den zweiten vorgeschalteten Schalter 51u und den zweiten nachgeschalteten Schalter 51d ein. Als Ergebnis fließt ein Strom in der zweiten Richtung über den Motor M, und der Motor M dreht sich in Rückwärtsrichtung. Wenn die Vorwärtsrichtung der Uhrzeigersinn ist, ist die Rückwärtsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn.
  • Der Motor M wird zum Beispiel dazu verwendet, ein Fenster des Fahrzeugs zu öffnen oder zu schließen. Wenn sich der Motor M in Vorwärtsrichtung dreht, wird zum Beispiel das Fenster des Fahrzeugs geöffnet. Wenn sich der Motor M in Rückwärtsrichtung dreht, wird zum Beispiel das Fenster des Fahrzeugs geschlossen.
  • Die Ansteuervorrichtung 11 schaltet den ersten vorgeschalteten Schalter 50u und den zweiten vorgeschalteten Schalter 51u aus. Als Ergebnis endet die Stromversorgung des Motors M von der Gleichstromquelle 10, und der Motor M beendet den Betrieb.
  • Ausgestaltung der Ansteuervorrichtung 11
  • Wie in 4 gezeigt ist, weist die Ansteuervorrichtung 11 zusätzlich zu dem ersten vorgeschalteten Schalter 50u, dem ersten nachgeschalteten Schalter 50d, dem zweiten vorgeschalteten Schalter 51u und dem zweiten nachgeschalteten Schalter 51d den Regler 29, den Mikrocomputer 30, einen ersten vorgeschalteten Ansteuerstromkreis 52u, einen ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 52d, einen zweiten vorgeschalteten Ansteuerstromkreis 53u, einen zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d und Schalterwiderstände 54 und 55 auf. Der erste vorgeschaltete Schalter 50u, der erste nachgeschaltete Schalter 50d, der zweite vorgeschaltete Schalter 51u und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d sind n-Kanal-MOSFETs.
  • Die Gleichstromquelle 10, der Regler 29, der Mikrocomputer 30, die erste Leitung 14 und der Erdungsleiter 16 sind auf die gleiche Weise verbunden wie in Ausführungsbeispiel 1. Mehrere elektrische Einrichtungen 12 sind mit einem Ende der ersten Leitung 14 verbunden. Der Drain des ersten vorgeschalteten Schalters 50u ist mit der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 verbunden. Die Source des ersten vorgeschalteten Schalters 50u ist mit einem Ende des Motors M verbunden. Das andere Ende des Motors M ist mit dem Drain des ersten nachgeschalteten Schalters 50d verbunden. Die Source des ersten nachgeschalteten Schalters 50d ist über die zweite Leitung 15 mit dem Erdungsleiter 16 verbunden. Der Schalterwiderstand 54 ist zwischen das Gate und die Source des ersten nachgeschalteten Schalters 50d geschaltet.
  • Der Drain des zweiten vorgeschalteten Schalters 51u ist mit der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 verbunden. Die Source des zweiten vorgeschalteten Schalters 51u ist mit einem Verbindungsknoten zwischen dem ersten nachgeschalteten Schalter 50d und dem Motor M verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen dem ersten vorgeschalteten Schalter 50u und dem Motor M ist mit dem Drain des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d verbunden. Die Source des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d ist über die zweite Leitung 15 mit dem Erdungsleiter 16 verbunden. Der Schalterwiderstand 55 ist zwischen das Gate und die Source des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d geschaltet.
  • Das Gate des ersten vorgeschalteten Schalters 50u, des ersten nachgeschalteten Schalters 50d, des zweiten vorgeschalteten Schalters 51u und des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d ist mit dem ersten vorgeschalteten Ansteuerstromkreis 52u, dem ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 52d, dem zweiten vorgeschalteten Ansteuerstromkreis 53u bzw. dem zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d verbunden. Der erste vorgeschaltete Ansteuerstromkreis 52u ist mit dem Mikrocomputer 30 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen dem ersten vorgeschalteten Ansteuerstromkreis 52u und dem Mikrocomputer 30 ist mit dem zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d verbunden. Der zweite vorgeschaltete Ansteuerstromkreis 53u ist mit dem Mikrocomputer 30 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen dem zweiten vorgeschalteten Ansteuerstromkreis 53u und dem Mikrocomputer 30 ist mit dem ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 52d verbunden.
  • Der Mikrocomputer 30 ist ferner direkt mit dem ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 52d und dem zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d verbunden. Der erste nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 52d und der zweite nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 53d sind mit einem Verbindungsknoten zwischen dem Mikrocomputer 30 und der ersten Leitung 14 verbunden. Der erste nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 52d ist ferner mit der Source des ersten nachgeschalteten Schalters 50d verbunden. Der zweite nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 53d ist ferner mit der Source des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d verbunden.
  • Der erste nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 52d und der zweite nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 53d sind mit der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 verbunden. Verbindungslinien dieser Verbindungen sind in 4 weggelassen, um die Zeichnung nicht zu verkomplizieren.
  • Betrieb der Ansteuervorrichtung 11
  • Bei dem ersten vorgeschalteten Schalter 50u, dem ersten nachgeschalteten Schalter 50d, dem zweiten vorgeschalteten Schalter 51u sowie dem zweiten nachgeschalteten Schalter 51d ist der Wert des Widerstands zwischen Drain und Source hinreichend klein, wenn die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich einem Schaltschwellenwert ist. Der erste vorgeschaltete Schalter 50u, der erste nachgeschaltete Schalter 50d, der zweite vorgeschaltete Schalter 51u und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d sind dann eingeschaltet, und es kann ein Strom über Drain und Source fließen.
  • Bei dem ersten vorgeschalteten Schalter 50u, dem ersten nachgeschalteten Schalter 50d, dem zweiten vorgeschalteten Schalter 51u sowie dem zweiten nachgeschalteten Schalter 51d ist der Wert des Widerstands zwischen Drain und Source hinreichend groß, wenn die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source kleiner als der Schaltschwellenwert ist. Der erste vorgeschaltete Schalter 50u, der erste nachgeschaltete Schalter 50d, der zweite vorgeschaltete Schalter 51u und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d sind dann ausgeschaltet, und es fließt kein Strom über Drain und Source. Der Schaltschwellenwert ist ein konstanter positiver Wert, der im Voraus festgelegt ist. Die Schaltschwellenwerte des ersten vorgeschalteten Schalters 50u, des ersten nachgeschalteten Schalters 50d, des zweiten vorgeschalteten Schalters 51u und des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d können gleich oder unterschiedlich sein.
  • Der Mikrocomputer 30 gibt ein Rechts-Steuersignal an den ersten vorgeschalteten Ansteuerstromkreis 52u und den zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d aus. Der Mikrocomputer 30 gibt ein Links-Steuersignal an den zweiten vorgeschalteten Ansteuerstromkreis 53u und den ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 52d aus. Das Rechts-Steuersignal und das Links-Steuersignal werden jeweils von einem hohen Spannungspegel und einem niedrigen Spannungspegel gebildet. Der Mikrocomputer 30 schaltet die Spannung des Rechts-Steuersignals und die Spannung des Links-Steuersignals auf den hohen Spannungspegel oder den niedrigen Spannungspegel um. Je nach Spannung des Rechts-Steuersignals sind der erste vorgeschaltete Ansteuerstromkreis 52u und der zweite nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 53d ein- oder ausgeschaltet. Je nach Spannung des Links-Steuersignals sind der zweite vorgeschaltete Ansteuerstromkreis 53u und der erste nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 52d ein- oder ausgeschaltet.
  • 5 ist ein Zeitablaufgraph, der eine Betriebsweise der Ansteuervorrichtung 11 zeigt. Auch in 5 ist der hohe Spannungspegel mit „H“ bezeichnet, und der niedrige Spannungspegel ist mit „L“ bezeichnet. Gezeigt sind Graphen des Rechts-Steuersignals und des Links-Steuersignals sowie Graphen der Zustände des ersten vorgeschalteten Schalters 50u, des ersten nachgeschalteten Schalters 50d, des zweiten vorgeschalteten Schalters 51u und des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d. In diesen Graphen ist die Zeit auf der horizontalen Achse dargestellt.
  • Für das Rechts-Steuersignal und das Links-Steuersignal existieren drei Spannungszustände. Ein erster Zustand ist ein Zustand, bei dem die Spannung des Rechts-Steuersignals der hohe Spannungspegel ist und die Spannung des Links-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist. Ein zweiter Zustand ist ein Zustand, bei dem die Spannung des Rechts-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist und die Spannung des Links-Steuersignals der hohe Spannungspegel ist. Ein dritter Zustand ist ein Zustand, bei dem sowohl die Spannung des Rechts-Steuersignals als auch die Spannung des Links-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist.
  • Wenn das Rechts-Steuersignal von dem niedrigen Spannungspegel zu dem hohen Spannungspegel wechselt, erhöht der erste vorgeschaltete Ansteuerstromkreis 52u die Spannung am Gate des ersten vorgeschalteten Schalters 50u bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Als Ergebnis wird im ersten vorgeschalteten Schalter 50u die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich dem Schaltschwellenwert, und der erste vorgeschaltete Schalter 50u wird eingeschaltet. Im gleichen Fall senkt der zweite nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 53d die Spannung am Gate des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d bezogen auf das Potenzial an der Source des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d auf 0 V. Als Ergebnis wird im zweiten nachgeschalteten Schalter 51d die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source kleiner als der Schaltschwellenwert, und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d wird ausgeschaltet. Wenn die Spannung des Rechts-Steuersignals der hohe Spannungspegel ist, ist daher der erste vorgeschaltete Schalter 50u eingeschaltet, und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d ist ausgeschaltet.
  • Wenn das Links-Steuersignal von dem hohen Spannungspegel zu dem niedrigen Spannungspegel wechselt, senkt der zweite vorgeschaltete Ansteuerstromkreis 53u die Spannung am Gate des zweiten vorgeschalteten Schalters 51u bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Als Ergebnis wird im zweiten vorgeschalteten Schalter 51u die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source kleiner als der Schaltschwellenwert, und der zweite vorgeschaltete Schalter 51u wird ausgeschaltet. In gleichen Fall senkt der erste nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 52d die Spannung am Gate des ersten nachgeschalteten Schalters 50d bezogen auf das Potenzial an der Source des ersten nachgeschalteten Schalters 50d. Als Ergebnis wird im ersten nachgeschalteten Schalter 50d die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich dem Schaltschwellenwert, und der erste nachgeschaltete Schalter 50d wird eingeschaltet. Wenn die Spannung des Links-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist, ist daher der zweite vorgeschaltete Schalter 51u ausgeschaltet, und der erste nachgeschaltete Schalter 50d ist eingeschaltet.
  • Wenn die Spannung des Rechts-Steuersignals der hohe Spannungspegel ist und die Spannung des Links-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist, sind der erste vorgeschaltete Schalter 50u und der erste nachgeschaltete Schalter 50d eingeschaltet, und der zweite vorgeschaltete Schalter 51u und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d sind ausgeschaltet. Es fließt dann ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 über den ersten vorgeschalteten Schalter 50u, den Motor M, den ersten nachgeschalteten Schalter 50d, die zweite Leitung 15 und den Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück. Als Ergebnis fließt der Strom in der ersten Richtung über den Motor M, und der Motor M dreht sich in Vorwärtsrichtung.
  • Wenn der erste vorgeschaltete Schalter 50u und der erste nachgeschaltete Schalter 50d eingeschaltet sind, wird im ersten vorgeschalteten Schalter 50u sowie im ersten nachgeschalteten Schalter 50d jeweils ein Strom am Drain eingegeben und an der Source ausgegeben.
  • Wenn das Rechts-Steuersignal von dem hohen Spannungspegel zu dem niedrigen Spannungspegel wechselt, senkt der erste vorgeschaltete Ansteuerstromkreis 52u die Spannung am Gate des ersten vorgeschalteten Schalters 50u bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Als Ergebnis wird im ersten vorgeschalteten Schalter 50u die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source kleiner als der Schaltschwellenwert und der erste vorgeschaltete Schalter 50u wird ausgeschaltet. Im gleichen Fall senkt der zweite nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 53d die Spannung am Gate des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d bezogen auf das Potenzial an der Source des zweiten nachgeschalteten Schalters 51d. Als Ergebnis wird im zweiten nachgeschalteten Schalter 51d die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich dem Schaltschwellenwert, und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d wird eingeschaltet. Wenn die Spannung des Rechts-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist, ist daher der erste vorgeschaltete Schalter 50u ausgeschaltet, und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d ist eingeschaltet.
  • Wenn das Links-Steuersignal von dem niedrigen Spannungspegel zu dem hohen Spannungspegel wechselt, erhöht der zweite vorgeschaltete Ansteuerstromkreis 53u die Spannung am Gate des zweiten vorgeschalteten Schalters 51u bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Als Ergebnis wird im zweiten vorgeschalteten Schalter 51u die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich dem Schaltschwellenwert, und der zweite vorgeschaltete Schalter 51u wird eingeschaltet. Im gleichen Fall senkt der erste nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 52d die Spannung am Gate des ersten nachgeschalteten Schalters 50d bezogen auf das Potenzial an der Source des ersten nachgeschalteten Schalters 50d auf 0 V. Als Ergebnis wird im ersten nachgeschalteten Schalter 50d die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source kleiner als der Schaltschwellenwert, und der erste nachgeschaltete Schalter 50d wird ausgeschaltet. Wenn die Spannung des Links-Steuersignals der hohe Spannungspegel ist, ist daher der zweite vorgeschaltete Schalter 51u eingeschaltet, und der erste nachgeschaltete Schalter 50d ist ausgeschaltet.
  • Wenn die Spannung des Rechts-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist und die Spannung des Links-Steuersignals der hohe Spannungspegel ist, sind der erste vorgeschaltete Schalter 50u und der erste nachgeschaltete Schalter 50d ausgeschaltet, und der zweite vorgeschaltete Schalter 51u und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d sind eingeschaltet. Es fließt dann ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 zu dem zweiten vorgeschalteten Schalter 51u, dem Motor M, dem zweiten nachgeschalteten Schalter 51d, der zweiten Leitung 15 und dem Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück. Als Ergebnis fließt der Strom in der zweiten Richtung über den Motor M, und der Motor M dreht sich in Rückwärtsrichtung.
  • Wenn der zweite vorgeschaltete Schalter 51u und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d eingeschaltet sind, wird im zweiten vorgeschalteten Schalter 51u sowie im zweiten nachgeschalteten Schalter 51d jeweils ein Strom am Drain eingegeben und an der Source ausgegeben.
  • Wenn sowohl die Spannung des Rechts-Steuersignals als auch die Spannung des Links-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist, sind der erste vorgeschaltete Schalter 50u und der zweite vorgeschaltete Schalter 51u ausgeschaltet, und der erste nachgeschaltete Schalter 50d und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d sind eingeschaltet. Da der erste vorgeschaltete Schalter 50u und der zweite vorgeschaltete Schalter 51u ausgeschaltet sind, wird der Motor M nicht mit Strom versorgt, und der Motor beendet den Betrieb.
  • Der Motor M weist einen (nicht gezeigten) Induktor auf. Während der Motor M mit Strom versorgt wird, fließt ein Strom über den Induktor, und im Induktor sammelt sich Energie an. Wenn der erste nachgeschaltete Schalter 50d und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d eingeschaltet sind, fließt ein Strom von einem Ende des Motors M über den ersten nachgeschalteten Schalter 50d und den zweiten nachgeschalteten Schalter 51d, und der Motor M gibt Energie ab. Wie in 5 gezeigt ist, wird, wenn die Drehrichtung des Motors M geändert werden soll, der Betrieb des Motors M zunächst einmal beendet, damit der Motor M Energie abgibt.
  • Ausgestaltung des ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreises 52d
  • 6 ist ein Schaltbild des ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreises 52d. Der erste nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 52d weist den Stromkreiswiderstand 21, den ersten Schalter 22, die ersten Schalterwiderstände 23 und 24, den Schalt-Stromkreis 25, den zweiten Schalter 26, die zweiten Schalterwiderstände 27 und 28 und einen Stromkreisschalter 60 auf. Der Schalt-Stromkreis 25 in Ausführungsbeispiel 2 weist auf gleichartige Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 den dritten Schalter 40 und die dritten Schalterwiderstände 41 und 42 auf. Der Stromkreiswiderstand 21, der erste Schalter 22, die ersten Schalterwiderstände 23 und 24, der Schalt-Stromkreis 25, der zweite Schalter 26, die zweiten Schalterwiderstände 27 und 28, der dritte Schalter 40 und die dritten Schalterwiderstände 41 und 42 sind in gleicher Weise verbunden wie in Ausführungsbeispiel 1.
  • Ein Ende des Stromkreisschalters 60 ist mit der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 verbunden. Das andere Ende des Stromkreisschalters 60 ist mit einem Verbindungsknoten zwischen dem Stromkreiswiderstand 21 und dem Kollektor des dritten Schalters 40 verbunden. Ein Verbindungsknoten zwischen dem Stromkreiswiderstand 21 und dem Emitter des ersten Schalters 22 ist mit dem Gate des ersten nachgeschalteten Schalters 50d verbunden. Der Emitter des ersten Schalters 22 ist mit der Source des ersten nachgeschalteten Schalters 50d verbunden.
  • In gleichartiger Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 ist die Basis des zweiten Schalters 26 über den zweiten Schalterwiderstand 28 mit dem Mikrocomputer 30 verbunden, und der Emitter des zweiten Schalters 26 ist mit dem einen Ende der ersten Leitung 14 verbunden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Stromkreiswiderstand 21 zwischen die positive Elektrode der Gleichstromquelle 10 und das Gate des ersten nachgeschalteten Schalters 50d geschaltet. Der erste Schalter 22 ist zwischen das Gate und die Source des ersten nachgeschalteten Schalters 50d geschaltet.
  • Betrieb des ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreises 52d
  • Der Mikrocomputer 30 schaltet den Stromkreisschalter 60 ein oder aus. Der Mikrocomputer 30 gibt das Links-Steuersignal an die Basis des zweiten Schalters 26 aus. Der hohe Spannungspegel und der niedrige Spannungspegel des Links-Steuersignals sind Spannungen bezogen auf den Emitter des zweiten Schalters 26. Demgemäß werden, wenn der Stromkreisschalter 60 eingeschaltet ist, der zweite Schalter 26, der dritte Schalter 40 und der erste Schalter 22 entsprechend der Spannung des Links-Steuersignals ein- bzw. ausgeschaltet.
  • Wenn der Stromkreisschalter 60 eingeschaltet ist und die Spannung des Links-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist, sind der zweite Schalter 26, der dritte Schalter 40 und der erste Schalter 22 auf gleichartige Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 ausgeschaltet. Wenn der erste Schalter 22 ausgeschaltet ist, fließt ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 zu dem Stromkreiswiderstand 21, dem Schalterwiderstand 54, der zweiten Leitung 15 und dem Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück. Im Schalterwiderstand 54 tritt ein Spannungsabfall auf. Daher ist dann im ersten nachgeschalteten Schalter 50d die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich dem Schaltschwellenwert, und der erste nachgeschaltete Schalter 50d ist eingeschaltet. Die Stromversorgungsspannung ist hinreichend größer als der Maximalwert der Spannung an der Source des ersten nachgeschalteten Schalters 50d bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Demgemäß ist der Spannungsabfall am Schalterwiderstand 54 größer oder gleich dem Schaltschwellenwert. Daher wird der erste nachgeschaltete Schalter 50d zuverlässig eingeschaltet, wenn der dritte Schalter 22 ausgeschaltet wird.
  • Wenn der Stromkreisschalter 60 eingeschaltet ist und die Spannung des Links-Steuersignals der hohe Spannungspegel ist, sind der zweite Schalter 26, der dritte Schalter 40 und der erste Schalter 22 auf gleichartige Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 eingeschaltet. Wenn der erste Schalter 22 eingeschaltet ist, beträgt im ersten nachgeschalteten Schalter 50d die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source 0 V und ist kleiner als der Schaltschwellenwert. Infolgedessen ist der erste nachgeschaltete Schalter 50d ausgeschaltet. Auf gleichartige Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 ist die Stromversorgungsspannung hinreichend größer als der Maximalwert der Spannung am Emitter des ersten Schalters 22 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16. Demgemäß ist, wenn der zweite Schalter 26 eingeschaltet ist, der Spannungsabfall am ersten Schalterwiderstand 23 größer oder gleich dem ersten Spannungsschwellenwert. Daher wird der erste Schalter 22 zuverlässig eingeschaltet, wenn der dritte Schalter 40 eingeschaltet wird.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist in dem Fall, bei dem der Stromkreisschalter 60 eingeschaltet ist, der erste nachgeschaltete Schalter 50d eingeschaltet, wenn die Spannung des Links-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist, wie in 5 gezeigt ist. Im gleichen Fall ist der erste nachgeschaltete Schalter 50d ausgeschaltet, wenn die Spannung des Links-Steuersignals der hohe Spannungspegel ist.
  • In dem Fall, bei dem der Stromkreisschalter 60 ausgeschaltet ist, fließt unabhängig davon, ob der zweite Schalter 26 ein- oder ausgeschaltet ist, d. h. unabhängig von der Spannung des Links-Steuersignals, kein Strom zu dem Schalterwiderstand 54. Demgemäß beträgt, wenn der Stromkreisschalter 60 ausgeschaltet ist, im ersten nachgeschalteten Schalter 50d die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source 0 V und ist kleiner als der Schaltschwellenwert. Daher ist der erste nachgeschaltete Schalter 50d ausgeschaltet.
  • Daher kann der Mikrocomputer 30 durch Umschalten der Spannung des Links-Steuersignals auf den niedrigen Spannungspegel und Ausschalten des Stromkreisschalters 60 den zweiten vorgeschalteten Schalter 51u und den ersten nachgeschalteten Schalter 50d ausschalten.
  • Zweiter nachgeschalteter Ansteuerstromkreis 53d
  • Der zweite nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 53d ist auf gleichartige Weise wie der erste nachgeschaltete Ansteuerstromkreis 52d eingerichtet. Die Verbindungen im zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d lassen sich dergestalt beschreiben, dass im Vergleich zu den Verbindungen im ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 52d der dort beschriebene erste nachgeschaltete Schalters 50d durch den zweiten nachgeschalteten Schalter 51d ersetzt ist.
  • Die Betriebsweise des zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreises 53d ist die gleiche wie die Betriebsweise des ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreises 52d. Die Betriebsweise des zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreises 53d lässt sich dergestalt beschreiben, dass im Vergleich zu der Beschreibung der Betriebsweise des ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreises 52d das Links-Steuersignal, der erste nachgeschaltete Schalters 50d und der Schalterwiderstand 54 durch das Rechts-Steuersignal, den zweiten nachgeschalteten Schalter 51d bzw. den Schalterwiderstand 55 ersetzt ist. Die Spannung des Rechts-Steuersignals ist eine Spannung bezogen auf das Potenzial am Emitter des zweiten Schalters 26, der im zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d enthalten ist.
  • Demgemäß ist in dem Fall, bei dem der Stromkreisschalter 60 eingeschaltet ist, der zweite nachgeschaltete Schalter 51d eingeschaltet, wenn die Spannung des Rechts-Steuersignals der niedrige Spannungspegel ist. Im gleichen Fall ist der zweite nachgeschaltete Schalter 51d ausgeschaltet, wenn die Spannung des Rechts-Steuersignals der hohe Spannungspegel ist. Der Mikrocomputer 30 kann durch Umschalten der Spannung des Rechts-Steuersignals auf den niedrigen Spannungspegel und Ausschalten des Stromkreisschalters 60, der in dem zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d enthalten ist, den ersten vorgeschalteten Schalter 50u und den zweiten nachgeschalteten Schalter 51d ausschalten.
  • Der Mikrocomputer 30 schaltet die Spannung des Rechts-Steuersignals und die Spannung des Links-Steuersignals auf den niedrigen Spannungspegel um und schaltet die Stromkreisschalter 60 im ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 52d und im zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d aus. Es ist somit möglich, einen Zustand zu realisieren, bei dem der erste vorgeschaltete Schalter 50u, der erste nachgeschaltete Schalter 50d, der zweite vorgeschaltete Schalter 51u und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d ausgeschaltet sind.
  • Wenn die Emitter der zweiten Schalter 26 in dem ersten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 52d und dem zweiten nachgeschalteten Ansteuerstromkreis 53d bei eingeschalteten Stromkreisschaltern 60 geöffnet werden, werden die zweiten Schalter 26 ausgeschaltet, und infolgedessen werden der erste nachgeschaltete Schalter 50d und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d eingeschaltet. Als Ergebnis stimmen die Spannungen an beiden Enden des Motors M überein und der Motor M beendet den Betrieb.
  • Effekte der Ansteuervorrichtung 11
  • Die Ansteuervorrichtung 11 in Ausführungsbeispiel 2 weist die gleichen Effekte wie die Ansteuervorrichtung 11 in Ausführungsbeispiel 1 auf. Daher werden in dem Fall, bei dem die Stromkreisschalter 60 eingeschaltet sind, der erste nachgeschaltete Schalter 50d und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d selbst dann korrekt ein- oder ausgeschaltet, wenn das Referenzpotenzial für die Spannung des Rechts-Steuersignals und des Links-Steuersignals, d. h. die Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16, schwankt. In dem Fall, bei dem die Stromkreisschalter 60 ausgeschaltet sind, werden der erste nachgeschaltete Schalter 50d und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d ungeachtet der Spannung an dem einen Ende der ersten Leitung 14 bezogen auf das Potenzial am Erdungsleiter 16 ausgeschaltet.
  • Anmerkungen
  • In Ausführungsbeispiel 2 brauchen der erste vorgeschaltete Schalter 50u und der zweite vorgeschaltete Schalter 51u nur als Schalter zu dienen und sind nicht auf den n-Kanal-MOSFET beschränkt, sondern können auch jeweils ein n-Kanal-FET, der kein MOSFET ist, ein p-Kanal-FET, ein IGBT, ein Bipolartransistor, ein Relaiskontakt oder dergleichen sein. Der erste nachgeschaltete Schalter 50d und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d brauchen jeweils nur ein Schalter zu sein, der eingeschaltet wird, wenn die Spannung am Steueranschluss bezogen auf das Potenzial am Ausgangsanschluss, von dem ein Strom ausgegeben wird, zunimmt. Daher sind der erste nachgeschaltete Schalter 50d und der zweite nachgeschaltete Schalter 51d nicht auf den n-Kanal-MOSFET beschränkt, sondern können auch jeweils ein n-Kanal-FET, der kein MOSFET ist, ein IGBT, ein npn-Bipolartransistor oder dergleichen sein. In Ausführungsbeispiel 2 ist die von der Ansteuervorrichtung 11 angesteuerte Last nicht auf den Motor M beschränkt, sondern braucht nur eine elektrische Einrichtung zu sein, bei der die Polarität einer Gleichspannung wechselt.
  • In Ausführungsbeispiel 1 kann auf gleichartige Weise wie bei Ausführungsbeispiel 2 ein Widerstand zwischen das Gate und die Source des MOSFET 20 geschaltet sein. In diesem Fall fließt, wenn der erste Schalter 22 ausgeschaltet ist, ein Strom von der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 10 zu dem Stromkreiswiderstand 21, dem Widerstand und dem Erdungsleiter 16 - und zwar in dieser Reihenfolge - und kehrt zur negativen Elektrode der Gleichstromquelle 10 zurück. An dem Widerstand tritt ein Spannungsabfall auf, und dementsprechend ist im MOSFET 20 die Spannung am Gate bezogen auf das Potenzial an der Source größer oder gleich dem Gate-Schwellenwert, und der MOSFET 20 ist eingeschaltet.
  • In Ausführungsbeispiel 1 und 2 brauchen der erste Schalter 22 und der zweite Schalter 26 jeweils nur ein Schalter zu sein, der eingeschaltet wird, wenn die Spannung am Steueranschluss bezogen auf das Potenzial am Ausgangsanschluss, von dem ein Strom ausgegeben wird, zunimmt. Demgemäß sind der erste Schalter 22 und der zweite Schalter 26 nicht auf den npn-Bipolartransistor beschränkt, sondern können auch jeweils ein n-Kanal-FET, ein IGBT oder dergleichen sein.
  • In Ausführungsbeispiel 1 und 2 braucht der dritte Schalter 40 nur ein Schalter zu sein, der eingeschaltet wird, wenn die Spannung am Steueranschluss bezogen auf das Potenzial am Ausgangsanschluss, von dem ein Strom ausgegeben wird, abnimmt. Dementsprechend ist der dritte Schalter 40 nicht auf den pnp-Bipolartransistor beschränkt, sondern kann zum Beispiel auch ein p-Kanal-FET sein. Die Anzahl von elektrischen Einrichtungen 12 im Stromversorgungssystem 1 in Ausführungsbeispiel 1 und 2 ist nicht auf zwei oder mehr beschränkt, sondern kann auch eins betragen.
  • Die vorliegend offenbarten Ausführungsbeispiele 1 und 2 sind in jeglicher Hinsicht Beispiele und sind nicht als die Erfindung einschränkend aufzufassen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt, sondern durch die Ansprüche angegeben, und es ist beabsichtigt, dass alle Abwandlungen umfasst werden, die in den Bedeutungsbereich und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stromversorgungssystem
    10
    Gleichstromquelle
    11
    Ansteuervorrichtung
    12
    elektrische Einrichtung
    13
    Last
    14
    erste Leitung
    14a
    Induktor
    14b
    Leitungswiderstand
    15
    zweite Leitung
    16
    Erdungsleiter
    20
    MOSFET
    21
    Stromkreiswiderstand
    22
    erster Schalter
    23
    erster Schalterwiderstand (zweiter Widerstand)
    24
    erster Schalterwiderstand
    25
    Schalt-Stromkreis
    26
    zweiter Schalter
    27, 28
    zweiter Schalterwiderstand
    29
    Regler
    30
    Mikrocomputer (Ausgabeeinheit)
    40
    dritter Schalter
    41
    dritter Schalterwiderstand (dritter Widerstand)
    42
    dritter Schalterwiderstand
    50d
    erster nachgeschalteter Schalter
    50u
    erster vorgeschalteter Schalter
    51d
    zweiter nachgeschalteter Schalter
    51u
    zweiter vorgeschalteter Schalter
    52d
    erster nachgeschalteter Ansteuerstromkreis
    52u
    erster vorgeschalteter Ansteuerstromkreis
    53d
    zweiter nachgeschalteter Ansteuerstromkreis
    53u
    zweiter vorgeschalteter Ansteuerstromkreis
    54, 55
    Schalterwiderstand
    60
    Stromkreisschalter
    M
    Motor (Last)
  • 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 2019229585 [0002]
    • JP 2011216229 A [0005]

Claims (3)

  1. Ansteuervorrichtung zum Ansteuern einer Last, aufweisend: einen n-Kanal-MOSFET, der in einem Strompfad eines über die Last fließenden Stroms nach der Last angeordnet ist; einen Widerstand, der zwischen eine Gleichstromquelle und das Gate des MOSFET geschaltet ist; einen ersten Schalter, der zwischen das Gate und die Source des MOSFET geschaltet ist; einen zweiten Schalter, der eingeschaltet ist, wenn eine Spannung an einem Steueranschluss bezogen auf ein Potenzial an einem Ausgangsanschluss, von dem ein Strom ausgegeben wird, größer oder gleich einem Schwellenwert ist; einen Schalt-Stromkreis, der dazu eingerichtet ist, den ersten Schalter einzuschalten, wenn der zweite Schalter eingeschaltet wird, und den ersten Schalter auszuschalten, wenn der zweite Schalter ausgeschaltet wird; und eine Ausgabeeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Spannung bezogen auf das Potenzial an dem Ausgangsanschluss des zweiten Schalters an den Steueranschluss des zweiten Schalters auszugeben.
  2. Ansteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsanschluss des zweiten Schalters über eine erste Leitung mit einem Erdungsleiter verbunden ist und die Source des MOSFET über eine zweite Leitung mit dem Erdungsleiter verbunden ist.
  3. Ansteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Schalter eingeschaltet ist, wenn eine Spannung an einem Steueranschluss bezogen auf ein Potenzial an einem Ausgangsanschluss, von dem ein Strom ausgegeben wird, größer oder gleich einem zweiten Schwellenwert ist, die Ansteuervorrichtung ferner einen zweiten Widerstand aufweist, der zwischen den Steueranschluss und den Ausgangsanschluss des ersten Schalters geschaltet ist, ein Eingangsanschluss des ersten Schalters, an den ein Strom eingegeben wird, mit dem Gate des MOSFET verbunden ist, der Ausgangsanschluss des ersten Schalters mit der Source des MOSFET verbunden ist, der Schalt-Stromkreis aufweist: einen dritten Schalter, der eingeschaltet ist, wenn eine Spannung an einem Steueranschluss bezogen auf ein Potenzial an einem Eingangsanschluss, an den ein Strom eingegeben wird, kleiner als ein dritter Schwellenwert ist; und einen dritten Widerstand, der zwischen den Steueranschluss und den Eingangsanschluss des dritten Schalters geschaltet ist, der Eingangsanschluss des dritten Schalters mit der Gleichstromquelle verbunden ist, ein Ausgangsanschluss des dritten Schalters, von dem ein Strom ausgegeben wird, mit dem Steueranschluss des ersten Schalters verbunden ist und der Steueranschluss des dritten Schalters mit einem Eingangsanschluss des zweiten Schalters verbunden ist, an den ein Strom eingegeben wird.
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