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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Überstrom-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Überstromes,
der durch einen Halbleiterschalter und Verdrahtungen fließt, die
zwischen einer Last und einer Stromquelle angeordnet sind.
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STAND DER
TECHNIK
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Eine
Last, wie etwa eine Lampe oder ein beispielsweise in einem Fahrzeug
eingebauter Motor, empfängt
zum Betrieb von einer Batterie eine Gleichspannung. Solch eine Last
ist gelegentlich einem Überstrom
ausgesetzt, der durch Schaltungsfehler oder Fehlfunktionen verursacht
wird. Der Überstrom überhitzt
und beschädigt
einen für
die Last vorgesehenen Halbleiterschalter sowie einen Leitungsstrang, der
die Last mit der Batterie verbindet.
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Um
schnell einen Überstrom
zu erfassen, und eine Schaltung zwischen einer Stromquelle und einer
Last abzutrennen, sind verschiedene Überstrom-Erfassungs- und Trennschaltungen
vorgeschlagen. In einem Beispiel für Überstrom-Erfassungsschaltungen
gemäss
dem Stand der Technik ist in einer Verdrahtung zwischen einer Stromquelle
und einer Last ein Nebenschlusswiderstand bzw. Shunt-Widerstand
angeordnet, wobei die Überstrom-Erfassungsschaltungen
eine Anschlussspannung des Nebenschlusswiderstandes erfassen, und wenn
die erfasste Spannung über
einer Referenzspannung liegt, trennt die Überstrom-Erfassungsschaltung
die Last von der Stromquelle.
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Wenn
ein Überstrom
zu der Last fließt,
steigt die Anschlussspannung des Nebenschlusswiderstandes an. Im
Stand der Technik wird die Anschlussspannung erfasst, und wenn die
erfasste Spannung über
der Bezugsspannung liegt, wird die Last mit einer Selbst-Halteschaltung
eines Relais, das die Last mit der Stromquelle verbindet, getrennt,
wodurch verhindert wird, dass der Überstrom zu der Last fließt.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
aus dem Stand der Technik bekannte Überstrom-Erfassungsschaltung benötigt eine
Schaltung, um die Anschlussspannung des Nebenschlusswiderstandes
zu erfassen. Solch eine Schaltung erhöht die Baugröße und die
Kosten der Erfassungsschaltung. Zusätzlich bewirkt der Nebenschlusswiderstand
einen Energieverlust in Folge der Wärme, die durch einen durch
den Nebenschlusswiderstand fließenden
Strom erzeugt wird.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
eine Überstrom-Erfassungsvorrichtung
vor, die kompakt ausgeführt
und günstig
herzustellen ist. Gemäss
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung schützt eine Überstrom-Schutzschaltung ein
Schaltelement (T11) vor einem Überstrom.
Das Schaltelement weist eine erste Elektrode, die mit einer Stromquelle
(VB) über
einen Leiter (25) verbunden ist, welcher einen internen
Scheinwiderstand mit sich bringt, und eine zweite Elektrode auf,
welche mit einer Last (L1) verbunden ist. Die Überstrom-Schutzschaltung weist eine
Strom-Erfassungsschaltung
auf, zum Erfassen eines zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des
Schaltelementes fließenden
Stroms (I), zum Erzeugen einer Spannung mit Hilfe eines Widerstands zwischen
der ersten und der zweiten Elektrode des Schaltelementes, zum Verstärken der
erfassten Spannung mit einem Verstärkungsfaktor, und zum Bereitstellen
einer ersten Spannung (V15). Die Überstrom-Schutzschaltung weist
ebenso eine Spannungs-Erfassungsschaltung (R22, R24) auf, um eine zweite
Spannung (V14) zu erzeugen, die proportional zu einer Spannung bei
der zweiten Elektrode des Schaltelementes ist. Wenn die erste Spannung über der
zweiten Spannung liegt, bestimmt die Überstrom-Schutzschaltung, dass
ein Überstrom
vorliegt, und macht das Schaltelement unwirksam.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung erweitert den ersten Aspekt.
Die Strom-Erfassungsschaltung weist einen ersten Widerstand (R23),
einen zweiten Schalter (T12), einen ersten Komparator bzw. Vergleicher
(CMP11) sowie einen zweiten Widerstand (R25) auf. Ein erstes Ende
des ersten Widerstandes ist mit der ersten Elektrode des Schaltelementes
verbunden, ein zweites Ende des ersten Widerstandes ist mit einer
ersten Elektrode des zweiten Schalters verbunden, eine zweite Elektrode
des zweiten Schalters ist mit einem ersten Ende des zweiten Widerstandes
verbunden, und ein zweites Ende des zweiten Widerstandes ist geerdet. Ein
erster Eingangsanschluss des ersten Komparators ist mit der ersten
Elektrode des zweiten Schalters verbunden, und ein zweiter Eingangsanschluss des
ersten Komparators ist mit der zweiten Elektrode des Schaltelementes
verbunden. Der erste Komparator steuert einen Strom, der durch den
zweiten Schalter fließt,
so dass ein bei dem ersten Widerstand (R23) erzeugter Spannungsabfall
mit einem zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des Schaltelementes
(T11) erzeugten Spannungsabfall ausgeglichen wird. Ein Spannungsabfall
bei dem zweiten Widerstand dient als die erste Spannung.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung erweitert den zweiten
Aspekt. Eine Serienschaltung bzw. Reihenschaltung, die einen dritten
Widerstand (R26) und einen dritten Schalter (T13) aufweist, ist wahlweise
parallel zu dem zweiten Widerstand angeschlossen. Die Strom-Erfassungsschaltung
wendet einen ersten Verstärkungsfaktor
an, wenn der dritte Schalter aktiviert ist, und sie wendet einen
zweiten Verstärkungsfaktor
an, der größer als
der erste Verstärkungsfaktor
ist, wenn der dritte Schalter inaktiviert ist.
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Ein
vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung erweitert den ersten Aspekt.
Die Überstrom-Schutzschaltung
weist ferner einen zweiten Komparator (CMP12) auf, um die erste,
einem zweiten Eingangsanschluss des zweiten Komparators zugeführte Spannung
(V15) mit der zweiten, einem ersten Eingangsanschluss des zweiten
Komparators zugeführte
Spannung (V14) zu vergleichen, und um, wenn die erste Spannung über der
zweiten Spannung liegt, eine Spannung auszugeben, um das Schaltelement
zu inaktivieren. Sobald das Schaltelement inaktiviert ist, und sobald
eine Spannung bei der zweiten Elektrode des Schaltelementes abgefallen ist,
wird (i) bei dem ersten Eingangsanschluss des zweiten Komparators
eine Spannung bei einem festgelegten Wert oder höher gehalten, und gibt (ii)
der zweite Komparator eine Spannung aus, die ausgelegt ist, das
Schaltelement zu aktivieren.
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Ein
fünfter
Aspekt der vorliegenden Erfindung erweitert den dritten Aspekt.
Wenn das Schaltelement (T11) gestartet ist, wird der dritte Schalter (T13)
für eine
festgelegte Zeitperiode (τ1)
aktiviert, um die erste Spannung (V15) mit dem ersten Verstärkungsfaktor
zu erzeugen. Wenn ein normaler Einschaltstrom zu der Last fließt, überschreitet
die erste Spannung (V15) nicht die zweite Spannung (V14).
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Ein
sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung erweitert den fünften Aspekt.
Nach der festgelegten Zeitperiode (τ1), in welcher die erste Spannung
(V15) mit dem ersten Verstärkungsfaktor
erzeugt wird, wird der dritte Schalter (T13) unwirksam gemacht,
um den ersten Verstärkungsfaktor
auf den zweiten Verstärkungsfaktor
zu ändern.
Wenn die erste Spannung danach die zweite Spannung überschreitet,
wird der dritte Schalter aktiviert, um den ersten Verstärkungsfaktor
für die
festgelegte Zeitperiode (τ1)
wieder aufzunehmen. Wenn nach einer festgelegten Anzahl von Wiederholungen
der Verstärkungsfaktor-Änderungsoperation die erste
Spannung über
der zweiten Spannung liegt, wird das Schaltelement (T11) in einem
inoperativen Zustand gehalten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
ein Schaltdiagramm gemäss
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, welches eine Überstrom-Erfassungs-/Schutzschaltung
für ein
Schaltelement zeigt;
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2 stellt
ein Operationsprinzip der ersten Ausführungsform dar;
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3 stellt
ein Schaltdiagramm gemäss
der ersten Ausführungsform
dar, welches eine Operation des Unterbrechens eines Überstromes
zeigt, der zu einem Schaltelement (Leistungstransistor) fließt;
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4 stellt
ein Schaltdiagramm gemäss
der ersten Ausführungsform
dar, welches eine Operation des Aktivierens des Leistungstransistors
nach dem Unterbrechen eines Überstromes
zeigt;
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5 stellt
ein Schaltdiagramm gemäss
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, welches eine Überstrom-Erfassungs-/Schutzschaltung
für ein
Schaltelement zeigt;
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6 ist
eine graphische Darstellung, die Spannungs- und Stromänderungen
in der Überstrom-Erfassungs-/Schutzschaltung
der ersten Ausführungsform
zeigt; und
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7 ist
eine graphische Darstellung, die Spannungs- und Stromänderungen
in der Überstrom-Erfassungs-/Schutzschaltung
der zweiten Ausführungsform
zeigt.
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BESTE ART
UND WEISE ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Im
Nachfolgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 stellt
ein Schaltdiagramm gemäss
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, welches eine Überstrom-Erfassungs-/Schutzschaltung für ein Halbleiterelement
zeigt, und die 2 bis 4 erläutern Operationsprinzipien
der ersten Ausführungsform.
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2 zeigt
ein Operationsprinzip zum Steuern eines Schalters T11, wie etwa
eines Halbleiterelements, um einen Überstrom anzuhalten, und 3 stellt
ein Schaltdiagramm dar, welches eine Grundoperation der ersten Ausführungsform
zeigt. Eine Stromquelle VB ist mit einer Last L1 (Impedanz ZL) über das
Schaltungselement T11 verbunden. Eine Verdrahtung zwischen der Stromquelle
VB und dem Schaltungselement T11 zieht einen internen Innenwiderstand
bzw. eine interne Impedanz Zi mit sich, die über einen Widerstand und eine
Induktivität
der Verdrahtung bewirkt wird, und der Betrag hiervon hängt von
einer Länge
und einem Durchmesser der Verdrahtung ab. Ein Strom I, der der Last
L1 zugeführt wird,
wird ohne einen Nebenschlusswiderstand bzw. Shunt-Widerstand mit
einer Strom-Erfassungsschaltung erfasst. Das Schaltungselement T11
weist einen EIN-Widerstandswert Ron auf. Ein Spannungsabfall ΔVT zwischen
Elektroden des Schaltungselementes T11 wird als ΔVT = Ron·I ausgedrückt. Eine Stromquelle 30 ist
eine spannungsgesteuerte Stromquelle, um einen Strom proportional
zu einer über
den EIN-Widerstandswert Ron erzeugten Spannung zuzuführen. Die
Stromquelle 30 weist einen Verstärkungsfaktor α auf, der
von einem Widerstandswert R23 (3) abhängt, und
der als α =
1/R23 ausgedrückt
wird. Die Stromquelle 30 führt einen Strom i2 (= α·Ron·I) zu
einem Verstärkungswiderstand
Rs (R25 oder R26 der 1) zu, um eine Spannung V15 (=
i2·Rs)
proportional zum Strom I zu erzeugen. Die Stromquelle 30 und
der Widerstand Rs bilden die Strom-Erfassungsschaltung aus. Eine zweite
Elektrode des Schaltelementes T11 ist mit der Last L1 verbunden
und liefert eine Spannung V12. Die Spannung V12 läuft durch
ein Potentiometer P1 (R22 und R24 in der 3), um eine
Spannung V14 bereitzustellen. Die Spannung V12 wird durch eine Scheinwiderstandskomponente
L in der internen Impedanz Zi beeinflusst, und beinhaltet von daher
eine Stromänderungsrate
der Gestalt L·dI/dt,
was nachfolgend erläutert
wird.
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Wenn
ein Überstrom
fließt,
nimmt die Spannung V15 zu und die Spannung V12 ab. Ein Vergleicher
CMP12 vergleicht die Spannung V15, die repräsentativ für den Strom i2 ist, mit der
Spannung V14, die repräsentativ
für die
Spannung V12 ist. Wenn die Spannung V15 über der Spannung V14 liegt,
wird festgestellt, dass ein Überstrom
vorliegt, und eine Steuerung 50 (die einen Treiber 12 enthält) steuert das
Schaltungselement T11 unter festgelegten Zuständen und unterbricht einen
Laststrom.
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Ein
Operationsprinzip der ersten Ausführungsform wird detailliert
unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert. In
der 3 liegt das Schaltungselement T11 zwischen der
Stromquelle VB und der Last L1 vor und wird operativ und inoperativ
gesetzt, um eine Quellspannung zu der Last L1 zuzuführen und
anzuhalten. Der Schalter T11 kann ein Halbleiter-Schaltelement sein,
wie etwa ein MOSFET und ein IGBT.
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Ein
positives Ausgangsende der Stromquelle VB ist mit dem Schaltungselement
T11 über
einen Leiter 25 verbunden, der einen internen Scheinwiderstand
bzw. eine interne Impedanz Zi aufweist, die sich typischerweise
aus einem Verdrahtungswiderstand Rw und einer Verdrahtungsinduktivität L zusammensetzt.
Ein Knotenpunkt p11 zwischen dem Leiter 25 und einer ersten
Elektrode des Schaltelementes T11 ist über einen ersten Widerstand
R23, einen zweiten Schalter T12 (beispielsweise ein Halbleiterschaltelement,
wie etwa ein n-Typ MOSFET), und über
einen zweiten Widerstand R25 geerdet. Eine erste Elektrode des zweiten
Schalters T12 ist mit dem Widerstand R23 verbunden, und eine zweite Elektrode
des zweiten Schalters T12 ist mit dem Widerstand R25 verbunden.
Der Widerstand R23, der zweite Schalter T12 (der ein Steuerelement
CMP11 aufweist), der Widerstand R25 und ein Widerstand R26 (4)
bilden eine Spannungs-Verstärkungsschaltung.
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Ein
Knotenpunkt p15 zwischen dem zweiten Schalter T12 und dem Widerstand
R25 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss des zweiten Komparators
CMP12 verbunden. Ein Knotenpunkt p13 zwischen dem widerstand R23
und dem zweiten Schalter p12 ist mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des
ersten Komparators CMP11 verbunden. Der Komparator CMP11 ist ein
Differentialverstärker,
wie etwa ein Operationsverstärker.
Ein Ausgangsanschluss des Komparators CMP11 ist mit einem Steueranschluss
(Gate-Anschluss)
des zweiten Schalters T12 über
einen Widerstand R29 verbunden.
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Ein
Knotenpunkt p12 zwischen dem Schaltungselement T11 und der Last
L1 ist ein Strom-Erfassungspunkt und mit einem invertierenden Eingangsanschluss
des Komparators CMP11 verbunden. Der Knotenpunkt p12 ist über einen
vierten Widerstand R24 und über
einen fünften
Widerstand R22 geerdet, um das Potentiometer P1 auszubilden. Ein Knotenpunkt
p14 zwischen den Widerständen
R22 und R24 ist mit einem nicht-invertierenden
Eingangsanschluss des Komparators CMP12 verbunden. Der Komparator
CMP12 ist ein gewöhnlicher
Komparator mit einem offenen Kollektoranschluss. Ein Ausgangsanschluss
des Komparators CMP12 ist mit einer 5 Volt-Stromquelle über einen
Hochziehwiderstand R31 verbunden. Der Steueranschluss (Gate-Anschluss)
des Schaltelementes T11 ist mit dem Treiber 12 über einen
Widerstand R30 verbunden.
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Im
Folgenden wird eine Operation der Schaltung der 3 beschrieben.
In der 3 ist VB eine Stromquellenspannung, I ist ein
Schaltungsstrom (welcher einen Überstrom
enthält),
i2 ist ein Hilfsstrom (Stromquelle) um den Schaltungsstrom I zu
erfassen, Rw ist ein Verdrahtungswiderstand, der in der internen
Impedanz (Verdrahtungsimpedanz) Zi enthalten ist, und der durch
Subtraktion eines Widerstandswertes (Ron + Verdrahtungswiderstandswert) zwischen
dem Stromquellenanschluss des Schaltungselementes T11 und einem
Erdungspegel von einem Gesamt-Widerstandswert (einschließlich des
internen Stromquellenwiderstandwertes) bis zu der Last L1 berechenbar
ist, L ist eine Induktivität
(Verdrahtungsinduktivität),
die in der internen Impedanz Zi enthalten ist, und Ron ist der EIN-Widerstandswert des
Schaltungselementes T11. In der 13 sind Haupt-Knotenpunkte
mit Spannungswerten versehen (beispielsweise weist der Knotenpunkt
p11 einen Spannungswert V11 auf). Die Spannung V14 bezeichnet die
zweite Spannung, und die Spannung V25 bezeichnet die erste Spannung.
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In
der 3 enthält
die interne Impedanz Zi der Verdrahtung 25 den Verdrahtungs-Widerstandswert
Rw und die Verdrahtungs-Induktivität L. Dieses schränkt die
vorliegende Erfindung nicht ein. Die Verdrahtung 25 kann
andere Impedanz-Faktoren enthalten.
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Spannungsumwandlung und
Verstärkung
des Schaltungsstromes
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Wenn
das Schaltungselement T11 aktiviert ist, lässt es den Schaltungsstrom
I hindurch, was einen Spannungsabfall von ΔVT = V11 – V12 (= Ron·I) bewirkt.
Die Spannung V12 beim Knotenpunkt p12 wird dem invertierenden Eingangsanschluss
des Komparators CMP11 zugeführt,
und eine Spannung V13 beim Knotenpunkt p13 wird dem nicht-invertierenden
Eingangsanschluss des Komparators CMP11 zugeführt. Wenn die Spannung V13 über der
Spannung V12 liegt, stellt der Komparator CMP11 einen Ausgang mit
hohem Pegel bereit.
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Ebenso
wird eine Steueranschlussspannung (Gate-Anschlussspannung VGS) des zweiten Schalters
T12 erhöht,
wodurch der zweite Schalter T12 aktiviert wird. Dieses ermöglicht es,
dass ein Strom zunimmt, der durch eine Reihenschaltung fließt, die
aus dem Widerstand R23, dem zweiten Schalter T12 und dem Widerstand
R25 besteht. Dann wird bei dem Widerstand R23 ein Spannungsabfall
erhöht,
und die Spannung V13 wird erniedrigt. Als ein Ergebnis hiervon wird
die Spannung V13 so gesteuert, dass sie gleich der Spannung V12
ist.
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Wenn
die Spannung V13 unter der Spannung V12 liegt, stellt der Komparator
CMP11 einen Ausgang niedrigen Pegels bereit, um die Steuerspannung
des zweiten Schalters T12 zu erniedrigen, wodurch der Schalter T12
inoperativ gemacht wird. Dieses erniedrigt einen Strom, der durch
den Widerstand R23 fließt,
um die Spannung V13 zu erhöhen. Als
ein Ergebnis hiervon wird die Spannung V13 derart gesteuert, dass
sie gleich der Spannung V12 ist. Auf diese Art und Weise ist die
Spannung V13 beim Knotenpunkt p13 grundsätzlich so geregelt, dass sie die
Beziehung V13 = V12 erfüllt.
Der Strom i2, der durch den Widerstand R23 fließt, wird als i2 = (V11 – V13)/R23
= (V11 – V12)/R23
ausgedrückt.
Der Ausdruck (V11 – V12)
ist der Spannungsabfall ΔVT
zwischen der ersten und der zweiten Elektrode des Schaltungselementes
T11. Der Strom i2 (= ΔVT/R23),
der proportional zu dem Spannungsabfall ΔVT ist, wird dem Widerstand
R25 zugeführt.
Wenn ein Parameter n als n = R25/R23 definiert wird, wird die erste
Spannung V15 beim Knotenpunkt p15 wie folgt: V15 = R25·i2 = (V11 – V12)·n = n·Ron·I (1).
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Demgemäss wird
der Schaltungsstrom I in die Spannung Ron·I durch den EIN-Widerstandswert Ron
des Schaltungselementes T11 umgewandelt, und die umgewandelte Spannung
wird mit einem Parameter n bei den Enden des Widerstandes R25 verstärkt. Demgemäss ist Parameter
n ein Verstärkungsfaktor,
um den Strom I zu erfassen. Der Widerstand R23, der zweite Schalter
T12, der Komparator CMP11 und der Widerstand R29 bilden die spannungsgesteuerte
Stromquelle 30 aus, um den Strom i2 proportional zur Spannung ΔVT zuzuführen. Wenn die Widerstände R23
und R25 jeweils 200 Ω und
6,2 kΩ betragen,
beträgt
der Verstärkungsfaktor
n gleich 31.
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Erfassung
des Überstromes
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Ob
oder ob nicht ein Überstrom
zu dem Schaltelement p11 fließt,
wird mit dem Komparator CMP12 bestimmt. In der 3 empfängt der
invertierende Eingangsanschluss des Komparators CMP12 die erste
Spannung V15, die proportional zum Schaltungsstrom I ist, und der
nicht-invertierende
Eingangsanschluss hiervon empfängt
die zweite Spannung V14, die erzielt wird, indem die Spannung V12 durch
die Widerstände
R22 und R24 geteilt wird. Die Spannung V14 dient als Bezugsspannung,
um einen Überstrom
aufzuspüren.
Demgemäss
wird die Spannung V15, die dem Schaltungsstrom I entspricht, geprüft, um zu
sehen, ob sie die Spannung V14 überschreitet,
wodurch festgestellt wird, ob oder ob nicht der Schaltungsstrom
I einen festgelegten Wert überschreitet.
Wenn ein Parameter m als m = R22/(R24 + R22) definiert ist, dann
gilt V14 = m·V12.
Die Widerstände
R22 und R24 bilden das Potentiometer P1, um die Spannung V14, die
proportional zur Spannung V12 ist, bereitzustellen.
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Die
Spannung V12 wird mit der Quellspannung VB, mit dem Verdrahtungswiderstandswert
Rw, der Verdrahtungs-Induktivität L, dem
EIN-Widerstandswert Ron des Schaltungselementes T11 und mit dem
Schaltungsstrom I wie folgt ausgedrückt: V12
= VB – (Rw
+ Ron)·I – L·dI/dt, V14 = m·V12 = m·{VB – (Rw + Ron)·I – L·dI/dt} (2).
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Von
dem Ausdruck (2) wird erkannt, dass die Spannung V14, die benutzt
wird, um einen Überstrom
aufzuspüren, variabel
ist. Die Spannung V14 nimmt ab, wenn der Schaltungsstrom I zunimmt,
oder wenn eine Steigerungsrate des Schaltungsstromes I zunimmt.
Als ein Ergebnis hiervon bewirkt die Spannung V14, das Auftreten
eines Überstromes
auf sichere und einfache Weise zu erfassen. Die Spannung V15 nimmt
zu, wenn der Schaltungsstrom I zunimmt. Andererseits nimmt die Spannung
V14 ab, wenn der Schaltungsstrom I zunimmt. Auf diese Art und Weise
liefert die vorliegende Erfindung einen Verstärkungseffekt hinsichtlich einer
Zunahme oder einer Schwankungsänderung
im Schaltungsstrom. Solch ein Verstärkungseffekt wird Kompressionseffekt
auf die Bezugsspannung genannt, die verwendet wird, um einen Überstrom
zu ermitteln.
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Die
Spannungen V14 und V15 werden miteinander mit Hilfe des Komparators
CMP12 verglichen, um eine Spannungsdifferenz ΔVc = V14 – V15 bereitzustellen, die
von den Ausdrücken
(1) und (2) wie folgt ausgedrückt
wird: ΔVc = m·VB – {m·Rw + (n
+ m)·Ron}·I – m·L·dI/dt (2').
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Im
Ausdruck 2' zeigt
der zweite Ausdruck auf der rechten Seite, dass eine Pegeländerung
im Schaltungsstrom I auf sichere Weise in Folge des Synergieeffektes
zwischen dem Verstärkungseffekt
des Parameters n und dem Kompressionseffekt des Parameters m erfassbar
ist. Der dritte Ausdruck auf der rechten Seite zeigt, dass eine Änderungsrate
des Schaltungsstromes I gemäss
dem Kompressionseffekt des Parameters m erfassbar ist. Es muss darauf hingewiesen
werden, dass keiner der Ausdrücke
(2) und (2') die
Impedanz (Widerstandswert) der Last L1 enthält. Demgemäss kann die vorliegende Erfindung einen
Schaltungsstrom ohne Shunt-Widerstände bzw. Nebenschlusswiderstände und
ohne Verwendung der Last L1 als Shunt-Widerstand erfassen.
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Wenn
die erste Spannung V15 die zweite Spannung V14 überschreitet, um ΔVc > 0 bereitzustellen, ändert sich
die Ausgabe des Komparators CMP12 auf niedrig. Als ein Ergebnis
hiervon liefert der Treiber 12 einen Ausgang auf dem Erdungspegel,
um das Schaltungselement T11 inoperativ zu machen.
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Wenn
das Schaltungselement T11 inoperativ gemacht wird, fällt die
Spannung V12 auf den Erdungspegel ab. Demgemäss fällt die Spannung bei der zweiten
Elektrode des Schaltungselementes T11 unter einen festgelegten Wert,
und die Spannung beim Knotenpunkt p14 zu dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss
des Komparators CMP12 wird 0. Als ein Ergebnis hiervon liefert der
Komparator CMP12 einen Ausgang niedrigen Pegels. Zu diesem Augenblick
ist der Treiber 12 inoperativ, wie es später erläutert wird.
In diesem Zustand ist es nicht möglich, das
Schaltungselement T11 gemäss
einer Schaltungssteuerungsschaltung der 1 erneut
zu aktivieren. Jedoch muss das Schaltungselement T11 erneut gestartet
werden, wie es nachfolgend beschrieben wird.
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Schaltung
zum Aktivieren des Schaltungselementes
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2 zeigt
ein Konzept des Aktivierens des Schalters T11, der inoperativ gemacht
ist. Wenn der Schalter T11 inoperativ gemacht ist, wird ein Spannungsabfall
in V12 erfasst (mittels einer Diode D13 der 4), der
Strom von der Stromquelle 30 wird unterbrochen (d.h. der
Ausgang hoher Impedanz) und die Spannung V15 fällt auf den Erdungspegel ab. In
Erwiderung auf den Spannungsabfall in V12 wird ein vierter Schalter
SW4 (eine Diode D11 der 4), die normalerweise eingeschaltet
ist (Terminal 1) ausgeschaltet (Terminal 2), ein fünfter Schalter
SW5 (eine Diode D12 der 4), der normalerweise ausgeschaltet
ist (Terminal 1), wird eingeschaltet (Terminal 2), und eine Verbindung
zum nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP12
wird von dem Potentiometer P1 zu einem Potentiometer P2 (Widerstände R21,
R22 und R28 der 4) geschaltet. Indem eine Ausgangsspannung
des Potentiometers P2 beim dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss
empfangen wird, liefert der Komparator CMP12 einen Ausgang hohen
Pegels, um erneut den Schalter T11 durch die Steuerung 50 operativ
zu machen. Wenn die Steuerung 50 ausgelegt ist, alleine
den Schalter T11 zu aktivieren, sind der vierte Schalter SW4, der
fünfte
Schalter SW5 und das Potentiometer P2 nicht für die Überstrom-Schutzschaltung notwendig.
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4 zeigt
eine Schaltung, um die zuvor erwähnte
Operation umzusetzen. Zusätzlich
zu der Schaltung der 3 weist die Schaltung der 4 Elemente
auf, um das Schaltungselement T11 erneut zu starten, wie etwa einen
dritten Schalter T13, die Dioden D11 bis D13, die als Gleichrichter
dienen, und die Widerstände
R21, R26, R27 und R28. Parallel zu dem Widerstand R25 sind der dritte
Widerstand R26 und der dritte Schalter T13 angeordnet. Die Diode D13
ist zwischen den Knotenpunkten p13 und p12 angeordnet. Die Diode
D11 ist zwischen dem Knotenpunkt p14 und dem Widerstand R24 angeordnet.
Die Diode D12 ist zwischen dem Knotenpunkt p14 und dem invertierenden
Eingangsanschluss des Komparators CMP11 angeordnet. Der sechste
Widerstand R21 ist zwischen dem Widerstand R22 und dem Knotenpunkt
p11 angeordnet. Der siebte und achte Widerstand R27 und R28 sind
jeweils mit den beiden Eingangsanschlüssen des Komparators CMP11
verbunden.
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Wenn
das Schaltungselement T11 in der 4 eine hohe
Impedanz zeigt und inoperativ ist, wird die Diode D13 operativ gemacht.
Als ein Ergebnis hiervon wird die Spannung V13 zu dem nicht-invertierenden
Eingangsanschluss des Komparators CMP11 durch die Last L1 auf den
Grundpegel geklemmt. Der Last-Widerstandswert
ist relativ zum Widerstand R27 klein (dessen Widerstandswert 15
kΩ beträgt, wie
es nachfolgend beschrieben wird), und von daher wird die Spannung
V13 und einen vorwärtsgerichteten
Spannungsabfall (etwa 0,7 V bei einer Siliziumdiode) der Diode D13
erniedrigt.
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Andererseits
fällt eine
Spannung V18 zu dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP11
nicht unter eine Spannung V18min in Folge der Dioden D11 und D12
und in Folge der Widerstände
R21 und R28, und zwar selbst wenn die Spannung V12 auf den Erdungspegel
herabfällt. V18min = R22·(R28·VB + R21·Vd)/(R21·R22 + R21·R28 +
R22·R28) – Vd (3),wobei Vd
eine vorwärtsgerichtete
Spannung von jeder Diode ist. Die Spannung V18min wird erzeugt,
indem die Quellspannung VB (oder V11) durch den Widerstand R21 und
den parallel geschalteten Widerständen R22 und R28, die das Potentiometer
P2 ausbilden, geteilt wird. Die Ausgabe des Potentiometers P2 ist
eine Summe der Spannung V18min und der Vorwärtsspannung der Diode D12.
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Wenn
das Schaltungselement T11 operativ gemacht wird, ist die Diode D12,
die als fünfter
Schalter dient, inoperativ (aus), die Diode D11, die als vierter Schalter
dient, wird operativ (ein), und das Potentiometer P1 ist mit dem
invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP12 verbunden.
Wenn das Schaltungselement T11 inoperativ gemacht wird, wird die
Diode D11 inoperativ (aus), die Diode D12 wird operativ (ein), und
das Potentiometer P2 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss
des Komparators CMP12 verbunden. Der Ausdruck (3) kann ebenso wie
folgt geschrieben werden: V18min = R22·R28·VB·{1 – (1 + R21/R22)(Vd/VB)}/{R21(R22
+ R28) + R22·R28} (3')
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Im
Zähler
des Ausdruckes (3')
ist die Spannung V18min > 0,
weil Vd/VB < 1
gilt. Wenn R21 = R22 = R28 = 10 kΩ im Ausdruck (3) gilt, dann
gilt R24 = 2 kΩ,
Vd = 0,7 V und VB = 12,5 V. Als ein Ergebnis hiervon wird der Wert
des Ausdruckes (3) 3,7 V betragen.
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Wenn
das Schaltungselement T11 inoperativ ist, und wenn die Anschlussspannung
V12 der Last L1 auf dem Erdungspegel liegt, strömt ein Vorspannungsstrom durch
den Widerstand R21, die Diode D12 und den Widerstand R28. Als ein
Ergebnis hiervon ist die Spannung V18 zu dem invertierenden Eingangsanschluss
des Komparators CMP11 höher
als die Spannung V13 zu dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss hiervon.
Dann liefert der Komparator CMP11 eine Ausgabe niedrigen Pegels,
um den zweiten Schalter T12 auszuschalten. Demgemäss fällt die
Spannung V15 zu dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators
CMP12 auf nahe dem Erdungspegel ab.
-
Andererseits
ist die Spannung V14 zu dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des
Komparators CMP12 höher
als die Spannung des Ausdruckes (3) in Folge eines Vorwärtsspannungsabfalls der
Diode D12. Im Einzelnen beträgt
in dem Beispiel der 4 die Spannung V14 etwa 4,4
V. Als ein Ergebnis hiervon liefert der Komparator CMP12 eine Ausgabe
hohen Pegels, um das Schaltungselement T11 für eine Aktivierung bereitzumachen.
Wie es später
beschrieben wird, kann das Schaltungselement T11 aktiviert werden,
wenn die Ausgabe des Komparators CMP12 hoch ist.
-
Wenn
das Schaltungselement T11 von einem operativen Zustand in einen
inoperativen Zustand geändert
wird, wird die Spannung V12 erniedrigt, und die Spannung V13 (=
V12 + 0,7 V) beim Knotenpunkt p13 zu dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss des
Komparators CMP11 wird unter die Spannung des Ausdruckes (3) erniedrigt.
Selbst in diesem Zustand kann das Schaltungselement T11 aktiviert
werden, wenn ein Steuersignal empfangen wird, d.h. wenn ein Schalter
SW11 der 1 ein ist. Der Schalter SW11
wird später
beschrieben.
-
Änderung
des Verstärkungsfaktors
-
Gemäss der vorliegenden
Erfindung ist der Verstärkungsfaktor
n in dem Ausdruck (1) variabel. Beispielsweise kann der Verstärkungsfaktor
n zwischen zwei Werten geändert
werden. Dieses dient dazu, um einen Überstrom in zwei Stufen zu
erfassen, wie es nachfolgend beschrieben wird. Die Änderung
des Verstärkungsfaktors
n wird beschrieben.
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Um
den Verstärkungsfaktor
n in der 4 zu ändern, ist eine Reihenschaltung,
die aus dem Widerstand R26 und dem dritten Schalter T13 besteht, parallel
zu dem Widerstand R25 angeschlossen. Wenn der dritte Schalter T13
operativ ist, ändert
sich mit dem dritten Schalter T13, der inoperativ ist, ein Widerstandswert
zwischen dem Knotenpunkt p15 und der Erde von R23 zu einem kombinierten
Widerstandswert von R25·R26/(R25
+ R26) = R25/(1 + R25/R26). Das heißt, der kombinierte Widerstandswert
ist niedriger als R25. Als ein Ergebnis hiervon reduziert die Aktivierung
des dritten Schalters T13 den Verstärkungsfaktor n von R25/R23
(= n2) zu R25·R26/{(R25
+ R26)·R23}
= R25/{R23(1 + R25/R26)} (= n1).
-
Wenn
der dritte Schalter T13 aktiviert ist, wird ein erster Verstärkungsfaktor
n1 (klein) bereitgestellt, und wenn der dritte Schalter T13 inoperativ
ist, wird ein zweiter Verstärkungsfaktor
n2 (n1 < n2) bereitgestellt.
Indem der Wert des Widerstandes R26 eingestellt wird, kann der erste
Verstärkungsfaktor
n1 optional festgelegt werden.
-
Überstrombestimmende
Bezugsspannung
-
Die
Bezugsspannung, die verwendet wird, um einen Überstrom zu bestimmen, wird
beschrieben. In der 4 ist eine überstrombestimmende Bezugsspannung
V14', wenn das Schaltungselement T11
operativ ist, wie folgt: V14' =
(V11·R22·R24 +
V12·R21·R22 – Vd·R21·R22)/(R21·R22 +
R21·R24
+ R22·R24) (4).
-
Wenn
V11 = 12,5 V und V12 = 12 V gilt, dann liefert der Ausdruck (4)
9,9 V. Die Bezugsspannung V14' wird
erzeugt, indem die Spannung VB (oder V11) durch den Widerstand R22
und die parallelgeschalteten Widerstände R21 und R24 (einschließlich der
Diode D11) geteilt wird. Diese Widerstände bilden das Potentiometer
P1 aus, und von daher ist die Spannung V14' die Ausgabe des Potentiometers P1. Der
Ausdruck (4) kann wie folgt umgeschrieben werden: V14' = m''·V11 + m'·V12 – m'·Vd (4'), wobei:m'' = R22/{R22 + R21·(1 + R22/R24)},und m' =
R22/{R22 + R24·(1
+ R22/R21)}.
-
Der
Koeffizient m' für die Spannung
V12 wird erzielt, indem der Verstärkungsfaktor m des Ausdruckes
(2) mit dem Widerstand R21 korrigiert wird. Die Spannungen V11 und
V12 in dem Ausdruck (4) sind wie folgt: V11 = VB – Rw·I – L·dI/dt (5). V12 = VB – (Rw + Ron)·I – L·dI/dt (6).
-
Die
Ausdrücke
(4) und (4') zeigen,
dass die Spannung V14' zunimmt,
wenn die Spannungen V11 und V12 zunehmen. Um den Einfluss (m') der Spannung V12
auf die Bezugsspannung V14' größer als den
Einfluss (m'') der Spannung V11
auf die gleiche Bezugsspannung zu erhöhen, setzt die erste Ausführungsform
den Koeffizienten R21·R22
für die
Spannung V12 höher
als den Koeffizienten R22·R24
für die
Spannung V11 fest. In der 4 gilt R21
= 10 kΩ und
R24 = 2 kΩ,
und von daher ist der Koeffizient m' für
die Spannung V12 fünfmal
höher als
der Koeffizient m'' für die Spannung
V11. Als ein Ergebnis hiervon wird die Bezugsspannung V14' stärker durch
die Spannung V12 als durch die Spannung V11 beeinflusst, und von
daher kann das Verhalten der Bezugsspannung V14' abgeschätzt werden, indem lediglich der
Gegenstand hinsichtlich der Spannung V12 getrachtet wird, und indem
m' mit m ersetzt
wird. Die Bezugsspannung V14' kann
mit der Spannung V14 des Ausdruckes (2) angenähert werden.
-
Wenn
der dritte Schalter T13 inoperativ ist, wird die erste Spannung
V15 mit dem zweiten Verstärkungsfaktor
n2 erzeugt. In diesem Fall wird ein Überstrom aufgespürt, wenn
die Spannung V15 über dem
mit dem Ausdruck (4) bereitgestellten Wert liegt. In dem Beispiel
der 4 wird ein Überstrom
aufgespürt,
wenn die erste Spannung V15 9,9 V überschreitet. Ein Schaltungsstrom
I11, der der ersten Spannung V15 von 9,9 V entspricht, ist wie folgt, wenn
Ron = 40 mΩ gilt: I11 = V14·R23/R25/Ron
= 9,9 V·200 Ω/6,2 kΩ/40 mΩ
=
8 A (7)
-
Wenn
die erste Spannung V15 auf dem zweiten Verstärkungsfaktor n2 in 4 basiert,
wird als Überstrom
ein Schaltungsstrom über
8 A erfasst.
-
Wenn
Rw = 50 mΩ gilt,
dann gilt (Rw + Ron)·I =
(50 mΩ +
40 mΩ)·8 A =
0,7 V. Während
ein kleiner Überstrom
erfasst wird, ist eine Steigerungsrate des Schaltungsstromes gering,
und von daher gilt L·dI/dt ~ 0. Bei der Überstrom-Bestimmung, bei der
die erste Spannung V15 mit dem zweiten Verstärkungsfaktor n2 erzeugt wird
(der dritte Schalter T13 ist inoperativ), greift im Wesentlichen
kein Kompressionseffekt (die Herabsetzung der Bezugsspannung V14
in Folge der Verdrahtungs-Induktivität L) an
der Bezugsspannung an. Zu diesem Zeitpunkt wird die Genauigkeit
der Überstrombestimmung
mit der Genauigkeit des EIN-Widerstandswertes Ron des Schaltelementes
T11 bestimmt.
-
Kompressionseffekt auf
die überstrombestimmende Bezugsspannung
-
Wenn
ein Überstrom
erfasst wird, während die
erste Spannung V15 mit dem ersten Verstärkungsfaktor n1 erzeugt wird
(der dritte Schalter T13 ist aktiv), greift der Kompressionseffekt
an der Bezugsspannung an.
-
Wenn
die Bezugsspannung V14' ohne
den Kompressionseffekt 9,9 V hält,
wird ein Schaltungsstrom I12, der als Überstrom zu bestimmen ist,
wie folgt ausgedrückt,
wobei der Widerstandswert R25 des Ausdruckes (1) durch den parallelgeschalteten Widerstandswert
von R25 und R26 ersetzt wird: I12 = V14·R23·(R25 +
R26)/(R25·R26)/Ron (8). I12 = 9,9 V·200 Ω·(6,2 kΩ + 1 kΩ)/(6,2 kΩ·1 kΩ)/40 mΩ = 57,5
A (8').
-
Wenn
ein Überstrom
fließt,
wenn die erste Spannung V15 mit dem ersten Verstärkungsfaktor n1 erzeugt wird,
nimmt der Schaltungsstrom stufenweise zu. In der 4 gilt
L ~ 2,5 μH
und dI/dt ~ 1,25 A/μs, und von daher L·dI/dt
= 3,1 V. Dieses ist eine gegenelektromotorische Kraft, um die Spannungen
V11 und V12 abzusenken. Wenn m = 9,9 V/12 V = 0,83 gilt, dann ist
ein Kompressionswert ΔV1
(eine Abnahme in der zweiten Spannung V14 in Folge einer Steigerungsrate
des Schaltungsstromes) an der Bezugsspannung in Folge der Schaltungs-Induktivität L wie folgt: ΔV1 = m·L·dI/dt = 0,83·3,1 V
= 2,57 V (9).
-
Die
Spannung von 2,57 V entspricht einem Schaltungsstrom von 15 A. Wenn
ein Schaltungsstrom durch den Verdrahtungswiderstand Rw fließt, nehmen
die Spannungen V11 und V12 ab. Dieser Effekt ist ΔV2 = m·I·(Rw +
Ron). Wenn ein Schaltungsstrom durch den EIN-Widerstandswert ON des Schaltungselementes
T11 fließt,
nimmt lediglich die Spannung V12 ab.
-
Wie
zuvor dargelegt, ist der Einfluss der Spannung V12 auf die Bezugsspannung
V14 (zweite Spannung) etwa fünfmal
höher als
der Einfluss der Spannung V11 auf die Gleichbezugsspannung. Demgemäss wird
die Spannung V14 des Ausdruckes (8) mit V14' = V14 – ΔV1 – ΔV2 ersetzt, und ein Schaltungsstrom
I1, der als Überstrom
zu bestimmen ist, wird wie folgt abgeschätzt: V14 – ΔV1 – m·I1·(Rw +
Ron)
= I1·Ron·(R25·R26)/(R25
+ R26)/R23 (10).
-
Dieses
kann wie folgt umgeschrieben werden: {1 + m·(Rw
+ Ron)·R23·(R25 + R26)/Ron/(R25·R26)}·I1
R23·(R25 +
R26)/Ron/(R25·R26)·(V14 – ΔV1) (11).
-
Der
Ausdruck (11) wird für
den Strom I1 gemäss
der zuvor erwähnten
Schaltungskonstanten aufgelöst,
um I1 = 29,7 A zu erzielen. Im Vergleich mit keinem Kompressionseffekt
auf die Bezugsspannung V14 (zweite Spannung), unterdrückt der
Kompressionseffekt die Bezugsspannung um 57,5 A – 29,7 A = 27,8 A, was in etwa
48% des Wertes ohne den Kompressionseffekt beträgt. Der unterdrückte Bereich
entspricht einer dritten Spannung.
-
Selbst
wenn ein Verdrahtungsfehler, wie etwa ein Kurzschluss, auftritt,
um einen großen Überstrom
zu bewirken, unterdrückt
die vorliegende Erfindung die Bezugsspannung, um sehr schnell das Halbleiterschaltungselement
T11 zu inaktivieren und um den Zusammenbruch der Verdrahtung und
des Schaltungselementes T11 zu verhindern.
-
Im
Nachfolgenden wird die Operation der ersten Ausführungsform detailliert beschrieben.
-
(i) Grundoperation
-
In
der 3 wird bei den Anschlüssen des Halbleiter-Schaltungselementes
T11 (Leistungstransistor) eine Spannung (Spannungsabfall) auf die
erste Spannung V15 verstärkt.
Die Spannung V12 zwischen dem lastseitigen Anschluss des Schaltungselementes
T11 und der Erde wird geteilt, um die zweite Spannung V14 bereitzustellen.
Die Spannung V15 wird mit der Spannung V14 verglichen. Wenn die Spannung
V15 über
der Spannung V14 liegt, wird bestimmt, dass der Strom I, der durch
das Schaltungselement T11 fließt,
ein Überstrom
ist, und das Schaltungselement T11 wird inoperativ gemacht.
-
(ii) Erster Verstärkungsfaktor
-
Unmittelbar
nach der Aktivierung des Schaltungselementes T11 fließt ein normaler
Einschaltstrom (Stromstoß)
zu der Last L1. Um zu verhindern, dass der normale Einschaltstrom
als Überstrom
aufgespürt
wird, ist für
eine festgelegte Zeitperiode τ1 nach
der Aktivierung des Schaltungselementes T11 ein niedriger Verstärkungsfaktor,
d.h. der erste Verstärkungsfaktor
n1, für
die erste Spannung V15 festgelegt.
-
(iii) Zweiter Verstärkungsfaktor
und Startoperation
-
Wenn
die Zeitperiode τ1
nach dem Start des Schaltungselementes T11 abgelaufen ist, wird
der an die erste Spannung V15 angewandte Verstärkungsfaktor von dem ersten
Verstärkungsfaktor
n1 auf den zweiten Verstärkungsfaktor
n2, der höher
als der erste Verstärkungsfaktor
n1 ist, geändert.
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Die
Zeitdauer des normalen Einschaltstromes unterscheidet sich in Abhängigkeit
von der Last L1, und von daher kann die Zeitperiode τ1 für eine festgelegte
Anzahl von Zeiten erweiterbar sein. Im Einzelnen wird nach der Zeitperiode τ1 der ersten Zeit
der zweite Verstärkungsfaktor
n2 festgelegt. Wenn ein Überstrom
zu diesem Zeitpunkt erfasst wird, wird das Schaltungselement T11
einmal inoperativ gemacht und schnell wieder aktiviert. Dieses nimmt
den ersten Verstärkungsfaktor
n1 wieder auf und hält
ihn für
die Zeitperiode τ1
der zweiten Zeit. Die Operation der Wiederaufnahme des ersten Verstärkungsfaktors
n1 wird eine festgelegte Anzahl von Zeiten (N1) wiederholt. Nach
den N1-Wiederholungen dieser Operation wird der zweite Verstärkungsfaktor
n2 wieder aufgenommen. Wenn zu diesem Zeitpunkt nach wie vor ein Überstrom
erfasst wird, wird das Schaltungselement T11 inoperativ gemacht, und
der inoperative Zustand wird beibehalten. Wenn demgemäss innerhalb
der Zeitperiode von τ1·N1 kein Überstrom
erfasst wird, wird das Schaltungselement T11 kontinuierlich operativ
sein. Dieses verhindert eine Trennung der Schaltung in Folge eines
Stromstoßes,
der erzeugt wird, wenn die Stromquelle eingeschaltet wird.
-
(iv) Auftreten von Überstrom
-
Wenn
zwischen dem Schaltungselement T11 und der Last L1 ein Verdrahtungsfehler
auftritt, wenn ein normaler Strom zu der Last L1 fließt, wird
ein Überstrom
erzeugt, wenn der Verdrahtungsfehler ein Schichten-Kurzschluss, d.h.
wenn ein Überstrom nicht
so groß ist,
dass der zweite Verstärkungsfaktor n2
erfasst wird, wird der erste Verstärkungsfaktor n1 keinen Überstrom
erfassen, in diesem Fall wird das Schaltungselement T11 nach der
Zeitperiode τ1·N1 inoperativ
gemacht, und der inoperative Zustand wird beibehalten. Während der Überstrom
erfasst wird, ist der Schaltungsstrom im wesentlichen unverändert, und
von daher wird keine gegenelektromotorische Kraft erzeugt. In dem
Fall eines Schichten-Kurzschlusses ist der Überstrom relativ gering, und
die zweite Spannung V14 hängt
von der Quellspannung VB ab. Ebenso ist die zweite Spannung V14
im wesentlichen konstant relativ zu dem Überstrom, um keinen Kompressionseffekt
zu zeigen.
-
In
diesem Fall basiert eine Überstrombestimmung
auf der Magnitude der ersten Spannung V15. Die erste Spannung V15
nimmt zu, wenn der EIN-Widerstandswert Ron des Schaltungselementes
T11 zunimmt, und von daher wird die Genauigkeit der Überstromerfassung
durch Änderungen
in dem EIN-Widerstandswert Ron beeinflusst. Allgemein ausgedrückt bringt
der EIN-Widerstandswert eines Halbleiterelementes, wie etwa eines
Leistungs-Transistors,
individuelle Schwankungen ein und ist hinsichtlich der Temperatur änderbar.
Indem der EIN-Widerstandswert
verwendet wird, um einen Überstrom
zu erfassen, ist dies von daher nur für einen Überstrom wirksam, der drei-
bis viermal größer als
ein normaler Strom ist.
-
(v) Erste Überstromerfassung
-
Wenn
ein Überstrom
mit dem ersten Verstärkungsfaktor
n1 erfasst wird, wird das Schaltungselement T11 schrittweise aus-
und eingeschaltet, ohne dass auf die Zeitperiode τ1 gewartet
wird. Wenn der Überstrom
eine festgelegte Anzahl (N1) mal erfasst wird, wird das Schaltungselement
T11 inoperativ gemacht, und der inoperative Zustand wird beibehalten. Ebenso
ist es möglich,
das Schaltungselement T11 inoperativ zu halten, sobald ein Überstrom
mit dem ersten Verstärkungsfaktor
n1 erfasst ist. Dieses wird in der zweiten Ausführungsform beschrieben. Wenn ein Überstrom mit
dem ersten Verstärkungsfaktor
n1 erfasst wird, unterscheidet sich der Überstrom außerordentlich von einem normalen
Strom, und von daher liegt eine geringe Möglichkeit einer fehlerhaften Überstromerfassung
vor, selbst wenn die Überstrombestimmung
an der ersten Erfassung durchgeführt wird.
-
(vi) Zweite Überstromerfassung
-
Die
Schaltung, durch die ein Überstrom
hindurchläuft,
enthält
die Verdrahtungs-Induktivität
L, und von daher wird die zweite Bezugsspannung V14 mit einer gegenelektromotorischen
Kraft unterdrückt, die
von der Verdrahtungsinduktivität
L erzeugt wird, wenn ein Strom plötzlich zunimmt. Wenn ein Kurzschlusswiderstandswert
abnimmt, steigt ein Überstrom
sehr stark an, um den Grad der Kompression der zweiten Spannung
V14 zu erhöhen.
Wenn ein großer
Strom fließt,
unterdrücken
ebenso der Verdrahtungswiderstandswert Rw und der EIN-Widerstandswert Ron
des Schaltungselementes T11 die zweite Spannung V14. Diese Kompressionseffekte ermöglichen
es, jedweden großen Überstromwert
zu erfassen.
-
Demgemäss erfasst
die erste Ausführungsform
auf sichere Weise einen Überstrom,
der durch einen relativ großen
Kurzschluss-Widerstandswert (Schichten-Kurzschluss) bewirkt wird,
und sperrt einen großen Überstrom,
der durch relativ geringe Kurzschluss-Widerstandswerte bewirkt wird (Tod-Kurzschluss).
Dieses ist ein ideales Kennzeichen für eine Überstromerfassung und einen Überstromschutz.
Infolge des Kompressionseffektes erfasst und schützt die erste Ausführungsform
auf sichere Weise einen Überstrom,
selbst wenn der EIN-Widerstandswert
Ron des Halbleiter-Schaltungselementes T11 variiert.
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Auf
diese Art und Weise ist die erste Ausführungsform dazu geeignet, jedweden Überstrom
von einem geringen Überstrom,
der drei- bis viermal größer als
ein normaler Strom ist (Schichten-Kurzschlussüberstrom), zu einem großen Überstrom,
der durch einen Tod-Kurzschluss bewirkt wird, zu erfassen und zu
sperren, wodurch ein Schutz von Verdrahtungs- und Halbleiterelementen
bereitgestellt wird.
-
Betrieb der Überstrom-Erfassungsvorrichtung
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Es
wird ein konkretes Beispiel einer Überstrom-Erfassungsvorrichtung gemäss der vorliegenden
Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine Überstromerfassungsvorrichtung 11 gemäss der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und Anschlussvorrichtungen hiervon. Die
Vorrichtung 11 arbeitet gemäss den unter Bezugnahme auf
die 2 bis 4 erläuterten Prinzipien.
-
Die
Vorrichtung 11 zeigt eine Schaltung zum Aktivieren/Inaktivieren
des Halbleiter-Schaltungselementes
T11, zum Zuführen,
Unterbrechen der Quellspannung VB zu der Last L1 und zum Erfassen
eines Überstromes,
der durch die Halbleiter-Schaltungsvorrichtung
T11 fließt.
Wenn ein Überstrom
fließt,
erfasst die Vorrichtung 11 schnell diesen und unterbricht
eine Schaltung zwischen der Spannungsquelle VB und der Last L1 gemäss der Größe des Überstromes,
um das Schaltungselement T11 und die Verdrahtung, die das Schaltungselement
T11 mit der Spannungsquelle VB verbindet, zu schützen.
-
Die
Vorrichtung 11 weist eine Spannungsquellen-Schaltschaltung auf,
um der Vorrichtung 11 ein logisches Signal bereitzustellen,
welches eine Ein-/Aus-Information
an einem Schalter SW11 darstellt, der die Last L1 startet und anhält. Die
Spannungsquellen-Schaltschaltung
weist einen Widerstand R32, der zwischen dem Schalter SW11 und der Erde
angeschlossen ist, und eine Anti-Kontaktprellschaltung 16 auf,
um ein Kontaktprellen der Spannung zu verhindern, wenn der Schalter
SW11 betätigt wird.
Eine Ausgangsseite der Spannungsquellen-Schaltschaltung ist mit
AND-Schaltungen
AND11 und AND12 verbunden. Die Vorrichtung 11 weist ebenso
einen Sperrschalter DF11, eine Ladungspumpe 13, einen Zeitgeber 14 sowie
einen Zähler 15 auf.
-
Der
Zeitgeber 14 weist einen ersten Zeitgeber, um eine erste
Zeitperiode τ1
= 20 ms zu definieren, und einen zweiten Zeitgeber auf, um eine
zweite Zeitperiode τ2
= 200 ms zu definieren. Der Zähler 15 zählt eine
festgelegte Anzahl (N1), und wenn die Anzahl gezählt ist, stellt er ein Signal
bereit, um den Sperrschalter DF11 auszuschalten. Gemäss der ersten
Ausführungsform
beträgt
die festgelegte Anzahl, die gezählt
werden muss, vier. Die anderen Teile der 1 sind die
gleichen Teile, wie jene der 4, und von
daher werden diese nicht erneut beschrieben.
-
Eine
Operation der Überstrom-Erfassungsvorrichtung 11 beim
Starten der Spannungsquelle VB wird nun beschrieben. Wenn der Schalter
SW11 ausgeschaltet ist, stellt der Sperrschalter DF11 einen Ausgang
hohen Pegels bereit, und der Komparator CMP12 stellt ebenfalls einen
Ausgang hohen Pegels bereit.
-
Wenn
der Schalter SW11 eingeschaltet wird, stellen die beiden AND-Schaltungen
AND11 und AND12 jeweils einen Ausgang hohen Pegels bereit, und von
daher stellt der Treiber 12 ein Signal hohen Pegels bereit,
um das Schaltungselement T11 zu aktivieren.
-
Wenn
die AND-Schaltung AND12 den Ausgang hohen Pegels bereitstellt, beginnt
der erste Zeitgeber des Zeitgebers 14 für die Zeitperiode τ1 = 20 ms
ein Steuersignal für
den dritten Schalter T13 auszugeben.
-
Wenn
das Schaltungselement T11 aktiviert ist, wird die Spannungsquellenspannung
VB der Last L1 zugeführt.
Beim Start der Spannungsquelle fließt ein Stromstoß zu der
Last L1. Der dritte Schalter T13 ist infolge des Steuersignals eingeschaltet.
Als ein Ergebnis hiervon empfängt
die erste Spannung V15 beim Knotenpunkt p15 den ersten Verstärkungsfaktor
n1 (klein). Selbst wenn der Stromstoß auftritt, ist der Verstärkungsfaktor
n1 klein, um die erste Spannung V15 zu unterdrücken, die nicht die Bezugsspannung
(zweite Spannung) V14 überschreitet.
Demzufolge stellt der Komparator CMP12 einen Ausgang hohen Pegels
bereit, und die AND-Schaltung
AND12 behält
den Ausgang hohen Pegels bei, und das Schaltungselement T11 hält den operativen
Zustand bei.
-
Nach
der Zeitperiode τ1
der ersten Zeit hält der
Zeitgeber 14 das Steuersignal zu dem Steueranschluss (Gate-Anschluss)
des dritten Schalters T13 an. Der dritte Schalter T13 wird inoperativ
gemacht und stellt eine hohe Impedanz bereit, und die Spannung V15
beim Knotenpunkt p15 empfängt
den zweiten Verstärkungsfaktor
n2, der größer als
der erste Verstärkungsfaktor
n1 ist. Als ein Ergebnis hiervon nimmt die Spannung V15 zu. Wenn
die Spannung V15 unter der zweiten Spannung V14 liegt, behält der Komparator
CMP12 den Ausgang hohen Pegels bei, und das Schaltungselement T11
behält
den aktivierten Zustand bei. Wenn die Spannung V15 die zweite Spannung
V14 überschreitet,
stellt der Komparator CMP12 einen Ausgang niedrigen Pegels bereit,
und die AND-Schaltung AND12 stellt einen Ausgang niedrigen Pegels
bereit, der Treiber 12 hält das Steuersignal an, und
das Schaltungselement T11 wird inoperativ gemacht.
-
Wenn
das Schaltungselement T11 inoperativ ist, arretiert die Diode D13
die Spannung V13 beim Knotenpunkt p13 auf etwa 0,7 V. Die Spannung
V12 beim Knotenpunkt p12 ist geerdet. Wie es im Ausdruck (3) gezeigt
ist, fällt
die Spannung an dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP11
niemals unter 3,7 V, und von daher stellt der Komparator CMP11 einen
Ausgang niedrigen Pegels bereit, wenn das Schaltungselement T11
inoperativ gemacht wird.
-
Dann
fällt die
erste Spannung V15 beim Knotenpunkt p15 bis nahe dem Erdungspegel
ab. Demgemäss
wird die erste Spannung V15 niedriger als die zweite Spannung V14,
und der Komparator CMP12 stellt erneut einen Ausgang hohen Pegels bereit.
Als ein Ergebnis hiervon stellt der Treiber 12 das Steuersignal
bereit, um das Schaltungselement T11 zu aktivieren. Zur gleichen
Zeit startet der erste Zeitgeber des Zeitgebers 14, um
den dritten Schalter T13 für
die Zeitperiode τ1
= 20 ms zu aktivieren.
-
Die
zuvor erwähnte
Operation (Einschalten des dritten Schalters T13 für die Zeitperiode τ1. und Ausschalten
des gleichen) wird N1(= 4)-mal wiederholt, und der Zähler 15 schaltet
den Sperrschalter DF11 aus. Auf diese Art und Weise wird die zuvor
erwähnte
Operation viermal nach dem Start der Spannungsquelle wiederholt,
um den aktivierten Zustand des Schaltungselementes T11 beizubehalten,
selbst wenn ein Stromstoß zu
der Last L1 fließt.
Die Zeitperiode τ1
= 20 ms und die Anzahl N1 = 4 in der ersten Ausführungsform kann optional gemäss einer
Zeitperiode eines normalen Stromstoßes festgelegt werden.
-
Operation
bei einem Schichten-Kurzschluss
-
Ein
Schichten-Kurzschluss ist ein kleiner Kurzschluss, der einen Überstrom
bewirkt, welcher um einiges größer als
ein normaler Strom ist. Wenn ein Schichten-Kurzschluss auftritt, fließt kontinuierlich
ein Überstrom,
der mit dem zuvor erwähnten Stromstoß vergleichbar
ist. Selbst nach vier Wiederholungen der Zeitperiode τ1 = 20 ms
fließt
der Überstrom
nach wie vor. In diesem Fall wird der Sperrschalter DF11 ausgeschaltet,
und von daher wird das Schaltungselement T11 inoperativ gemacht.
Wenn demgemäss
ein Schichten-Kurzschluss
auftritt und länger
als eine Zeitperiode von 80 ms (20 ms·4) anhält, wird das Schaltungselement
T11 inoperativ gemacht, um die Schaltung zwischen der Spannungsquelle
VB und der Last L1 zu schützen.
-
Wenn
der Zähler 15 kein
Ansteigen (Schalten auf einen hohen Pegel) in der AND-Schaltung AND12
für eine
Zeitperiode von τ2
= 200 ms erfasst, die mit dem zweiten Zeitgeber der Zeitgebers 14 festgelegt
wird, wird der Zähler 15 zurückgesetzt.
-
6 ist
eine graphische Darstellung, die temporäre Änderungen in den Spannungen
V12 (Kurvenverlauf s1), V14 (Kurvenverlauf s2), und V15 (Kurvenverlauf
s3) und dem Strom I (Kurvenverlauf s4), der durch das Schaltungselement
T11 fließt, wenn
der Schalter SW11 eingeschaltet ist, zeigt.
-
Zum
Zeitpunkt t0 ist der Schalter SW11 eingeschaltet, und ein Überstrom
(Stromstoß)
fließt
zu dem Schaltungselement T11 und zu der Last L1. Zu diesem Zeitpunkt
wird der dritte Schalter T13 operativ, und die Spannung V15 empfängt den
ersten Verstärkungsfaktor
n1. Die Spannung V15 (Kurvenverlauf s3) liegt unterhalb der Spannung
V14 (Kurvenverlauf s2). Wenn 20 ms nach dem Start des Schalters
SW11 verstrichen sind, empfängt
die Spannung V15 den zweiten Verstärkungsfaktor n2 und überschreitet
die Spannung V14 zum Zeitpunkt t1. Die Spannung V15 wird jedoch
schnell unter die Spannung V14 abgesenkt. Zum Zeitpunkt t1, 20 ms
nach dem Zeitpunkt t0, und zum Zeitpunkt t2, 20 ms nach dem Zeitpunkt
t1, überschreitet
die Spannung V15 des Kurvenverlaufes s3 unverzögert die Spannung V14 des Kurvenverlaufes
s2 und kehrt zu dem ursprünglichen
niedrigen Pegel zurück.
Diese unverzögerten Änderungen
der Spannung V15 sind nicht in der graphischen Darstellung der 6 aufgetragen.
-
Zum
Zeitpunkt t3 wird die Spannung V15 mit dem zweiten Verstärkungsfaktor
n2 niedriger als die Spannung V14, der Komparator CMP12 liefert
einen Ausgang hohen Pegels, und das Schaltungselement T11 ist kontinuierlich
aktiviert. Auf diese Art und Weise wird das Schaltungselement T11
nicht durch den Stromstoß unterbrochen,
der bei dem Start der Spannungsquelle auftritt, und es behält eine
normale Operation bei.
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Operation
beim Tod-Kurzschluss
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Eine
Operation, wenn ein Tod-Kurzschluss auftritt, wird beschrieben.
Ein direkter Kurzschluss zwischen beispielsweise der Spannungsquelle
VB und der Erde bewirkt einen sehr großen Überstrom, der plötzlich einen
Stromwert ändert.
Zu diesem Zeitpunkt liefert die Verdrahtungs-Induktivität L den
Kompressionseffekt auf die Bezugsspannung (zweite Spannung) V14.
Auch nimmt die zweite Spannung V14 ab.
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Zu
dieser Zeit erhöht
der Überstrom
die Spannung V15 beim Knotenpunkt p15. Als ein Ergebnis hiervon
liefert der Komparator CMP12 einen Ausgang niedrigen Pegels, um
das Schaltungselement T11 inoperativ zu machen. Zur gleichen Zeit
wird der Ausgang des Komparators CMP11 auf niedrig geändert. Danach
wird das Schaltungselement T11 erneut aktiviert, und der dritte
Schalter T13 wird aktiviert, um den ersten Verstärkungsfaktor n1 freizugeben,
der die Spannung V15 herabsetzt.
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Für diese
Zeit erniedrigt der Kompressionseffekt die Spannung V14, und der Überstrom
bewirkt, dass die Spannung V15 die Spannung V14 überschreitet. Selbst wenn demgemäss der dritte
Schalter T13 aktiviert ist, um den niedrigeren Verstärkungsfaktor
n1 auszuwählen, überschreitet
die Spannung V15 mit Sicherheit die Spannung V14. Demzufolge zählt der
Zähler 15 unverzögert vier,
ohne die Zeitperiode von 20 ms abzuwarten, um den Sperrschalter
DF11 auszuschalten, wodurch das Schaltungselement T11 inoperativ
gemacht wird. Auf diese Art und Weise macht das Auftreten eines
Tod-Kurzschlusses unverzögert
das Schaltungselement T11 inoperativ, um die Schaltung zu schützen.
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Wie
zuvor erläutert,
gestattet die Überstrom-Erfassungsvorrichtung 11 gemäss der ersten Ausführungsform,
dass ein Überstrom
für eine
vorgegebene Zeitperiode fließt,
wenn der Überstrom
durch ein Schichten-Kurzschluss bewirkt wird, und nach der vorgegebenen
Zeitperiode trennt sie die Schaltung. Beim Auftreten eines Tod-Kurzschlusses
verwendet die erste Ausführungsform
den Kompressionseffekt, der durch eine schnelle Zunahme im Schaltungsstrom
I bereitgestellt wird, um unverzögert die
Schaltung abzuschalten. Auf diese Weise schützt die erste Ausführungsform
auf sichere Art und Weise die Schaltung.
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Der
Kompressionseffekt auf die Bezugsspannung V14 ist wirksam, um sicher
und schnell den Strom zu unterbrechen, und zwar unabhängig von
Variationen in dem EIN-Widerstandswert Ron des Schaltungselementes
T11.
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Wenn
die Spannungsquelle VB gestartet wird, stellt die erste Ausführungsform
den niedrigeren Verstärkungsfaktor
n1 für
die erste Spannung V15 für
80 ms (τ1·N1 = 20
ms·4)
ein, um zu verhindern, dass das Schaltungselement T11 infolge eines Stromstoßes inoperativ
wird.
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Zweite Ausführungsform
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5 ist
ein Schaltungsdiagramm, welches eine Überstrom-Erfassungs-/Schutzvorrichtung 21 gemäss der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und die Anschlussvorrichtungen hiervon
zeigt. Zusätzlich
zu dem Aufbau der ersten Ausführungsform
verwendet die zweite Ausführungsform eine
Inverterschaltung NOT11 und eine AND-Schaltung AND13 und eine OR-Schaltung
OR11. Die anderen Teile der zweiten Ausführungsform sind die gleichen,
wie jene der ersten Ausführungsform
der 1.
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Wenn
in der 5 die Ausgabe eines Komparators CMP12 niedrig
ist, und wenn ein erster Zeitgeber eines Zeitgebers 14 aktiv
ist, wird ein Sperrschalter DF11 ausgeschaltet, um ein Schaltungselement
T11 gezwungenermaßen
zu inaktivieren. Wenn die Ausgabe des Komparators CMP12 niedrig
ist, und wenn der erste Zeitgeber aktiv ist, läuft durch eine Schaltung zwischen
einer Spannungsquelle VB und einer Last L1 ein Überstrom infolge eines Tod-Kurzschlusses.
Von daher wird das Schaltungselement T11 einmal inoperativ gemacht,
um die Schaltung zu schützen,
ohne dass ein Zähler 15 viermal
zählt.
Im Vergleich mit der ersten Ausführungsform
trennt die zweite Ausführungsform
schneller die Schaltung, wenn ein Tod-Kurzschluss auftritt, wodurch
ein schneller Schutz der Schaltung bewirkt wird.
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7 zeigt
die Operation der Überstrom-Erfassungs-/Schutzvorrichtung 21 der 5.
Beispielsweise werden zwei Glühlampen
mit jeweils 21 W, die als Last L1 dienen, zeitgleich eingeschaltet.
Zum Zeitpunkt t10 tritt ein Tod-Kurzschluss auf (ein großer Kurzschluss
zwischen beispielsweise der Last L1 und der Spannungsquelle VB).
Zu diesem Zeitpunkt ändern
sich eine Spannung V12 entlang eines Kurvenverlaufes s11, eine Spannung
V14 entlang eines Kurvenverlaufes S12, eine Spannung V15 entlang
eines Kurvenverlaufes s13, und ein Strom I, der durch das Schaltungselement
T11 fließt,
entlang eines Kurvenverlaufes s14. Im Gegensatz zu der graphischen Darstellung
der 6 verwendet die graphische Darstellung der 7 eine
Zeiteinheit von μs
auf der Abszissen-Achse.
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Wenn
der Tod-Kurzschluss zum Zeitpunkt t10 auftritt, nimmt die Spannung
V15 schlagartig zu. Eine Spannung „A" wird durch eine gegenelektromotorische
Kraft infolge einer Verdrahtungs-Induktivität L erzeugt. Die gegenelektromotorische
Kraft stellt den Kompressionseffekt bereit, um die Spannung V14
abzusenken. Zum Zeitpunkt t11 überschreitet
die Spannung V15 die Spannung V14, und der Komparator CMP12 liefert
eine Ausgabe niedrigen Pegels. Zum Zeitpunkt t12 nimmt der Komparator
CMP12 einen Ausgang hohen Pegels wieder auf.
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Zum
Zeitpunkt t13 liefert der Komparator CMP12 erneut einen Ausgang
niedrigen Pegels, und ein Sperrschalter DF11 liefert einen Ausgang
niedrigen Pegels, um das Schaltungselement T11 zu inaktivieren.
Demgemäss
schaltet der Tod-Kurzschluss unverzögert das Schaltungselement
T11 ab und schützt
es.
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Wirkung der
Erfindung
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Wie
zuvor beschrieben, verstärkt
die Überstrom-Erfassungs-/Schutzschaltung
oder Vorrichtung für
ein Halbleiterelement gemäss
der vorliegenden Erfindung einen Spannungsabfall infolge eines Stromes,
der zu dem Halbleiterelement fließt, um eine erste Spannung
zu erzeugen, und vergleicht die erste Spannung mit einer Bezugsspannung
(zweite Spannung). Wenn die erste Spannung über der zweiten Spannung liegt,
bestimmt die Vorrichtung, dass ein Überstrom vorliegt, und macht
das Halbleiterelement inoperativ. Die Vorrichtung inaktiviert das
Halbleiterelement auf sichere Weise ohne Nebenschlusswiderstände und
ohne das Halbleiterelement zu beschädigen.
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Wenn
sich ein Strom, der zu dem Halbleiterelement fließt, plötzlich ändert, erzeugt
eine Induktivität
der Verdrahtung, die das Halbleiterelement mit einer Spannungsquelle
verbindet, eine gegenelektromotorische Kraft, die die zweite Spannung
herabsetzt. Wenn der Strom, der zu dem Halbleiterelement fließt, weiter
zunimmt, wird die zweite Spannung weiter erniedrigt. Wenn ein großer Kurzschluss,
wie etwa ein Tod-Kurzschlussstrom
auftritt, nimmt die erste Spannung zu, und die zweite Spannung ab.
Auch überschreitet
die erste Spannung sehr schnell die zweite Spannung, um schnell
das Halbleiterelement in Erwiderung auf den Tod-Kurzschluss zu inaktivieren.
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Für die erste
Spannung werden ein erster Verstärkungsfaktor
sowie ein zweiter Verstärkungsfaktor,
der größer als
der erste Verstärkungsfaktor
ist, festgelegt. Wenn ein niedriger Überstrom infolge beispielsweise
eines Schichten-Kurzschlusses
auftritt, kann der zweite Verstärkungsfaktor
den Überstrom aufspüren, und
der erste Verstärkungsfaktor
kann keinen Überstrom
aufspüren.
Wenn der Überstrom nach
wie vor nach N1-mal einer Zeitperiode τ1 aufgespürt wird, wird das Halbleiterelement
inoperativ gemacht. Auf diese Weise ist die vorliegende Erfindung ausgelegt,
in Erwiderung auf einen Schichten-Kurzschluss das Halbleiterelement
auf sichere Weise zu deaktivieren.
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Wenn
ein Stromstoß beim
Start einer Spannungsquelle auftritt, wird sich der Stromstoß innerhalb
N1-mal einer Zeitperiode τ1
setzen, um zu verhindern, dass das Halbleiterelement infolge des Stromstoßes inoperativ
gemacht wird.