DE69838598T2

DE69838598T2 - Treibergerät für induktive Last

Info

Publication number: DE69838598T2
Application number: DE69838598T
Authority: DE
Inventors: Junichi Kariya-city Nagata; Junji Kariya-city Hayakawa; Hiroyuki Kariya-city Ban
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: DE69838598D1; EP0865161A3; EP0865161A2; US5977756A; EP0865161B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung für eine induktive Last, welche an einem elektrischen Energieversorgungs-Steuersystem für eine induktive Last, wie zum Beispiel einem elektromagnetischen Ventil oder einem Motor, anwendbar ist.
Gemäß einem grundlegenden Aufbau einer herkömmlichen Ansteuervorrichtung für eine induktive Last ist ein Schaltelement in einem Energieversorgungspfad vorgesehen, der sich von einer Energieversorgungsquelle zu der induktiven Last ausdehnt. Dieses Schaltelement wir in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal Ein/Aus-gesteuert.
Aus der DE 42 22 650 A ist eine Vorrichtung zum Steuern einer elektromagnetischen Last bekannt, wobei die Schaltzeiten der elektromagnetischen Last abhängig von Betriebszuständen bestimmt werden. Ein erstes Schaltelement ist über die elektromagnetische Last und einen Widerstand mit einer Batteriespannung verbunden. Ein zweites Schaltelement ist in einem Stromflusspfad parallel zu der elektromagnetischen Last vorgesehen. Eine Zener-Diode ist mit dem Gate und dem Drain des ersten Schaltelements verbunden. Weiterhin ist eine Diode zwischen dem zweiten Schaltelement und der Last vorgesehen. Die Gates der ersten und zweiten Schaltelemente sind mit einer Steuerschaltung zum Aktivieren der ersten und zweiten Schaltelemente verbunden. Daher ist ein MOS-Transistor offenbart, der zum Vorsehen eines Strompfads, der zulässt, dass der zirkulierende Strom fließt, parallel zu einer elektrischen Last angeordnet ist. Es ist möglich, die Klemmspannung, die an einem Ausgangsanschluss erscheint, zu schalten, wenn der Laststrom abgeschnitten wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hervorragende Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last zu schaffen, welche imstande ist, eine Wärmeerzeugung von einer Schaltungskomponente (insbesondere von einem Gleichrichterelement) zu unterdrücken, die in der Ansteuervorrichtung enthalten ist. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hervorragende Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last zu schaffen, welche imstande ist, die Dämpfung in der Schaltung zu verringern und eine Schaltungsanordnung zu vereinfachen. Weiterhin ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hervorragende Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last zu schaffen, welche imstande ist, Herstellungskosten zu unterdrücken, eine Zuverlässigkeit zu erhöhen und eine IC-Einheit der Ansteuervorrichtung zu realisieren.
Diese Aufgaben werden durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Weiterhin schafft ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last, die ein erstes Schaltelement aufweist, das in einem Energieversorgungspfad, der sich von einer Gleichgroßen-Energieversorgungsquelle zu einer induktiven last ausdehnt, zum Öffnen oder Schließen des Energieversorgungspfads in Übereinstimmung mit einem ersten Ansteuersignal vorgesehen ist. Eine Strompfad-Ausbildungseinrichtung ist zum Vorsehen eines Stromflusspfads, der zulässt, dass ein Strom während eines ausgeschalteten Zustands des ersten Schaltelements fließt, parallel zu der induktiven Last geschaltet. Die Gleichrichtereinrichtung beinhaltet einen MOSFET. Eine Ansteuerschaltung ist zum Aktivieren der Gleichrichtereinrichtung als Reaktion auf ein zweites Ansteuersignal vorgesehen. Die Ansteuerschaltung beinhaltet ein kapazitives Element, das ein Ende, das mit einem Verbindungspunkt zwischen der induktiven Last und dem ersten Schaltelement verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das mit einem Steueranschluss des MOSFET verbunden ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, welche in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung zu lesen ist, in welcher:
1A und 1B schematische Blockschaltbilder sind, die jeweils eine Anordnung einer Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
2 ein detailliertes Blockschaltbild ist, das eine Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Zeitablaufsdiagramm ist, das einen Betrieb der Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein detailliertes Blockschaltbild ist, das eine Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 und 6 schematische Blockschaltbilder sind, die jeweils eine Anordnung einer anderen Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
7 ein detailliertes Blockschaltbild ist, das eine Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8A ein detailliertes Blockschaltbild ist, das eine Ansteuersignal Erzeugungsschaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8B ein Zeitablaufsdiagramm ist, das einen Betrieb der Ansteuersignal-Erzeugungsschaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
9 ein detailliertes Blockschaltbild ist, das eine Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden hier im weiteren Verlauf unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. Identische Teile sind durchgängig durch die Zeichnung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last
1A und 1B zeigen jeweils eine schematische Anordnung einer Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein erstes Schaltelement 2 ist in einem Energieversorgungspfad, der sich von einer Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle DC zu einer induktiven Last L ausdehnt, zum Öffnen oder Schließen des Energieversorgungspfads in Übereinstimmung mit einem ersten Ansteuersignal vorgesehen. Ein Klemmelement 4 ist zum Verhindern vorgesehen, dass eine Spannung zwischen beiden Enden des Energieversorgungspfads eine erste Klemmspannung überschreitet, wenn der Energieversorgungspfad als Reaktion auf ein Ausschalten des ersten Schaltelements geöffnet wird. Ein Stromflusspfad ist parallel zu der induktiven Last L geschaltet. Ein zweites Schaltelement 6 und ein Gleichrichterelement 8 sind in diesem Stromflusspfad in Reihe geschaltet. Das zweite Schaltelement öffnet oder schließt den Stromflusspfad als Reaktion auf ein zweites Ansteuersignal. Das Gleichrichterelement 8 lässt durch eine Spannung, die an einem Ende (das heißt einem Anschluss Tb) der induktiven Last L erzeugt wird, die sich näher an dem ersten Schaltelement 2 befindet, als Reaktion auf das Ausschalten des ersten Schaltelements 2 zu, dass ein Strom entlang des Stromflusspfads fließt, wenn das zweite Schaltelement eingeschaltet wird. Demgemäß schaltet die Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last der vorliegenden Erfindung durch Aufrechterhalten des zweiten Schaltelements 6 in einem eingeschalteten Zustand die Spannung zwischen den beiden Enden des Energieversorgungspfads zu einer zweiten Klemmspannung, welche niedriger als die erste Klemmspannung ist.
Weiterhin weist gemäß der Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last der vorliegenden Erfindung das zweite Schaltelement 6 eine Funktion eines Schaltens einer Klemmspannung auf. Vorzugsweise ist das Schaltelement 6 ein MOSFET (das heißt ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), der einen ersten Ausgangsanschluss (zum Beispiel einen Drain), der mit dem Anschluss Tb der induktiven Last L verbunden ist, und einen zweiten Ausgangsanschluss (zum Beispiel eine Source) aufweist, der über das Gleichrichterelement 8 mit dem anderen Ende (das heißt einem Anschluss Ta oder Tc) der induktiven Last L verbunden ist, der sich näher zu der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT befindet. Weiterhin weist der MOSFET 6 einen Steueranschluss (das heißt ein Gate) auf, der ein Spannungssignal als das zweite Ansteuersignal zum Einschalten des MOSFET 6 eingibt. Ein Ladeelement 10 ist zum Zulassen vorgesehen, dass ein Strom in einer Richtung zum Einschalten des MOSFET 6 fließt und einen Kondensator lädt, der zwischen dem Steueranschluss und jedem Ausgangsanschluss (das heißt einem Gate/Source-Kondensator oder einem Gate/Drain-Kondensator) des MOSFET 6 ausgebildet ist.
Demgemäß ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Klemmspannung durch das zweite Schaltelement 6 zu ändern. Weiterhin kann das zweite Schaltelement 6, das durch einen MOSFET 6 gebildet ist, wirksam den Stromverlust verringern, der durch einen Einschaltbetrieb des zweiten Schaltelements 6 bewirkt wird, was einen Gesamtverlust in der Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last unterdrückt. Weiterhin kann die Anordnung der vorliegenden Erfindung durch eine vereinfachte Schaltung realisiert werden.
Hier im weiteren Verlauf wird dies detaillierter erläutert.
Wenn das zweite Schaltelement 6 durch einen MOSFET gebildet ist, gibt es eine Notwendigkeit des Steuerns des Gate-Potentials des MOSFET, um eine Potentialdifferenz aufzuweisen, die bezüglich des Source-Potentials gleich oder größer als eine vorbestimmte Schwellwertspannung V_TH ist.
Zum Beispiel muss, wenn ein n-Kanal-MOSFET als das zweite Schaltelement 6 verwendet wird, wie es in 1A gezeigt ist, das Gate-Potential um einen Wert höher als das Source-Potential sein, der gleich oder größer als die Schwellwertspannung V_TH ist. Andererseits muss, wenn ein p-Kanal-MOSFET als das zweite Schaltelement 6 verwendet wird, wie es in 1B gezeigt ist, das Gate-Potential um einen Wert niedriger als das Source-Potential sein, der gleich oder größer als die Schwellwertspannung V_TH ist. In einem MOSFET-Ansteuersystem, wird das zweite Ansteuersignal (Spannung) in einen Eingangsanschluss T2 eingegeben. Wenn das zweite Ansteuersignal direkt an das Gate des MOSFET angelegt wird, muss das zweite Ansteuersignal ein höheres Spannungssignal sein, das ein vorbestimmtes elektrisches Potential aufweist, das höher als ein Wert ist, der durch Addieren eines Spannungsabfalls an dem Gleichrichterelement 8 und einer Schwellwertspannung des MOSFET zu einem Potential einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT (das heißt ein elektrisches Potential an einem Anschluss Ta) erzielt wird. Dies ist an einem n-Kanal-MOSFET anwendbar. Andererseits muss das zweite Ansteuersignal ein niedrigeres Spannungssignal sein, das ein vorbestimmtes elektrisches Potential aufweist, das niedriger als ein Wert ist, der das Subtrahieren des Spannungsabfalls an dem Gleichrichterelement 8 und der Schwellwertspannung des MOSFET von dem Potential einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT (das heißt ein elektrisches Potential an einem Anschluss DC) erzielt wird. Dies ist an einem p-Kanal-MOSFET anwendbar. Zu diesem Zweck ist eine besondere Schaltung zum Anheben oder Erhöhen der Energieversorgungsquellenspannung erforderlich.
Jedoch ist gemäß der vorliegenden Erfindung das Ladeelement 10 mit dem Steueranschluss (das heißt dem Gate) des MOSFET 6 verbunden. Wenn das erste Schaltelement 2 eingeschaltet wird, ist der erste Ausgangsanschluss des MOSFET 6 mit der Seite einer niedrigeren Spannung (oder Seite einer höheren Spannung) der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT verbunden. In diesem Zustand wird ein Spannungssignal, das ein elektrisches Potential aufweist, das höher als ein Potential einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist (oder ein Spannungssignal, das ein elektrisches Potential aufweist, das niedriger als das Potential einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist) in das Ladeelement 10 eingegeben. Eine Eingabe dieses Spannungssignals lässt zu, dass ein Strom über das Ladeelement 10 in einer vorbestimmten Richtung zum Einschalten des MOSFET 6 fließt. Dieser Stromfluss lädt den Kondensator zwischen dem Steueranschluss und dem ersten Ausgangsanschluss des MOSFET 6.
Wenn der MOSFET 6 ausgeschaltet wird, fließt kein Strom über das Gleichrichterelement 8. Das Gleichrichterelement 8 isoliert den zweiten Ausgangsanschluss des ersten Schaltelements 2 vollständig von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT. Der Kondensator zwischen dem Steueranschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss des MOSFET 6 wird auf die gleiche Weise geladen. Der erste Ausgangsanschluss ist über das erste Schaltelement 2 mit dem Anschluss einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT verbunden. Ein Spannungssignal zum Einschalten des MOSFET 6 wird in das Ladelement 10 eingegeben. Dieses Spannungssignal ist um einen Wert, der gleich oder größer als die Schwellwertspannung des MOSFET 6 ist, höher als das elektrische Potential des Anschlusses der niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT (oder um einen Wert, der gleich oder größer als die Schwellwertspannung des MOSFET 6 ist, niedriger als das elektrische Potential des Anschlusses der höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT). Als Reaktion auf die Eingabe dieses Spannungssignals wird die Gate/Source-Spannung des MOSFET 6 gleich oder größer als die Schwellwertspannung. Daher wird der MOSFET 6 eingeschaltet.
Nachdem der MOSFET 6 eingeschaltet worden ist, kann der MOSFET 6 seinen eingeschalteten Zustand auch dann aufrechterhalten, wenn das erste Schaltelement 2 ausgeschaltet wird. Genauer gesagt wird, wenn der Anschluss BT, der sich näher an dem ersten Ausgangsanschluss befindet, als Reaktion auf das Deaktivieren des ersten Schaltelements 2 ein erhöhtes (oder verringertes) elektrisches Potential aufweist, der Steueranschluss eine entsprechende Änderung in seinem elektrischen Potential aufweisen. Dies hält die Gate/Source-Spannung des MOSFET 6 aufrecht, um den MOSFET 6 kontinuierlich einzuschalten.
Demgemäß muss gemäß der vorliegenden Erfindung das Spannungssignal, das zum Aktivieren des MOSFET 6 verwendet wird, kein elektrisches Potential, das höher als das Potential einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist, oder ein elektrisches Potential aufweisen, das niedriger als das Potential der niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist. Daher kann das Ansteuersystem des MOSFET 6 vereinfacht werden.
Der Kondensator zwischen dem Steueranschluss und jedem Ausgangsanschluss beinhaltet eine Parasitärkapazität zwischen Anschlüssen.
Gemäß der Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last der vorliegenden Erfindung ist das zweite Schaltelement 6 durch einen MOSFET 6 zum Schalten der Klemmspannung gebildet. Wenn diese Ansteuervorrichtung in eine integrierte Halbleiterschaltung eingebaut ist, fließt ein ausreichender Strom über das zweite Schaltelement. Andererseits muss eine herkömmliche Ansteuervorrichtung, die einen PNP-Transistor als das zweite Schaltelement verwendet, eine Chipfläche vergrößern, um einen ausreichenden Strom sicherzustellen, der über den PNP-Transistor fließt. Daher realisiert die vorliegende Erfindung einfach eine integrierte Schaltung für die Ansteuervorrichtung.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Klemmspannung durch Einschalten des MOSFET 6 von der ersten Klemmspannung zu der zweiten Klemmspannung geschaltet. Die Klemmspannung kann durch Entladen des Kondensators zwischen dem Steueranschluss und jedem Ausgangsanschluss des MOSFET erneut zu der ersten Klemmspannung zurückgeführt werden, um den MOSFET 6 zu deaktivieren.
Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, ein Entladeelement 12 zwischen dem Anschluss T2 und dem MOSFET 6 parallel zu dem Ladeelement 10 zu schalten, wie es in den 1A und 1B gezeigt ist. Durch das Vorsehen des Entladeelements 12 kann die Klemmspannung abwechselnd während des Energieversorgungssteuerns der induktiven Last L von der ersten Klemmspannung zu der zweiten Klemmspannung oder umgekehrt geschaltet werden. Das heißt, wenn das zweite Ansteuersignal von dem Anschluss T2 als ein Spannungssignal zum Deaktivieren des MOSFET 6 eingegeben wird, wird der Kondensator des MOSFET 6 durch die Funktion des Entladeelements 12 entladen.
Gemäß dieser Anordnung entlädt das Entladeelement 12 den Kondensator des MOSFET 6 als Reaktion auf das Spannungssignal, das als das zweite Ansteuersignal zum Deaktivieren des MOSFET 6 eingegeben wird. Daher kann der MOSFET 6 schnell ausgeschaltet werden. Die Klemmspannung kann abwechselnd auch dann zwischen der ersten Klemmspannung und er zweiten Klemmspannung geschaltet werden, wenn die induktive Last L unter dem Energieversorgungssteuern ist.
Weiterhin befindet sich in den 1A und 1B das Klemmelement 4 zwischen einem Anschluss T1, welcher ein Anschluss ist, der zum Zuführen des ersten Spannungssignals zum dem ersten Schaltelement 2 vorgesehen ist, und dem Anschluss Tb. Jedoch kann das Klemmelement 4 direkt zwischen dem Anschluss Tb und dem Anschluss Tc angeschlossen sein.
Genauer gesagt wird in dem Fall, in dem das Klemmelement 4 zwischen dem Anschluss T1 und dem Anschluss Tb vorgesehen ist, das erste Schaltelement 2 durch eine positive oder negative hohe Spannung, die an dem Anschluss Tb erzeugt wird, eingeschaltet, wenn der induktiven Last L keine Energie zugeführt wird. Dies sieht die vorbestimmte erste Klemmspannung zwischen den Anschlüssen Tb und Tc vor. Das Gleiche kann durch direktes Anschließen des Klemmelements 4 zwischen den Anschlüssen Tb und Tc realisiert werden.
Weiterhin gibt es keine Notwendigkeit eines Trennens des Klemmelements 4 von dem ersten Schaltelement 2. Zum Beispiel kann die Funktion des Klemmelements 4 durch das erste Schaltelement 2 realisiert werden. Im Allgemeinen ist das erste Schaltelement 2 durch einen Transistor gebildet. Wenn dieser Transistor eine Spannungsfestigkeit aufweist, die äquivalent zu der ersten Klemmspannung ist, kann die Spannung zwischen den Anschlüssen Tb und Tc durch die Spannungsfestigkeit des ersten Schaltelements 2 auf die erste Klemmspannung geklemmt werden. Diese vereinfacht die Anordnung der Ansteuervorrichtung ziemlich, da es keine Notwendigkeit eines Vorsehens von mehreren Schaltungselementen, wie zum Beispiel einer Zener-Diode, gibt.
Vorzugsweise ist das zweite Schaltelement 6, das zum Ändern der Klemmspannung verwendet wird, ein n-Kanal-MOSFET, wenn das erste Schaltelement 2 als ein sogenannnter Schalter einer niedrigeren Seite in einem Energieversorgungspfad vorgesehen ist, der sich von der induktiven Last L1 zu der Seite einer niedrigeren Spannung (das heißt dem Anschluss Tc) der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ausdehnt, wie es in 1A gezeigt ist.
Andererseits ist das zweite Schaltelement 6 ein p-Kanal-MOSFET, wenn das erste Schaltelement 2 ein sogenannter Schalter einer höheren Seite in einem Energieversorgungspfad ist, der sich von der Seite einer höheren Spannung (das heißt dem Anschluss Ta) der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT zu der induktiven Last L1 ausdehnt, wie es in 1B gezeigt ist.
Der Klemmspannungs-Schaltbetrieb in der zuvor beschriebenen Ansteuervorrichtung wird hier im weiteren Verlauf detaillierter erläutert. Die Ansteuervorrichtung, die in 1A gezeigt ist, ist an dem n-Kanal-MOSFET anwendbar, der als das zweite Schaltelement 6 verwendet wird. Wenn das erste Schaltelement 2 eingeschaltet wird, ist der Drain (das heißt der erste Ausgangsanschluss) des n-Kanal-MOSFET 6 mit dem Anschluss Tc (das heißt der Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT) über das erste Schaltelement 2 verbunden. Anders ausgedrückt weist der Drain des n-Kanal-MOSFET 6 das gleiche elektrische Potential wie das der Seite der niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT auf. Eine Parasitärdiode ist zwischen den Ausgangsanschlüssen (das heißt Drain/Source) des n-Kanal-MOSFET 6 ausgebildet. Deshalb weist die Source (das heißt der zweite Ausgangsanschluss) des n-Kanal-MOSFET 6 im Wesentlichen das gleiche elektrische Potential wie das der Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT auf. Das zweite Ansteuersignal, das von dem Anschluss T2 eingegeben wird, ist ein Spannungssignal, das ein elektrisches Potential aufweist, das gleich oder höher als ein Wert ist, der durch Addieren der Schwellwertspannung V_TH des n-Kanal-MOSFET 6 zu dem Potential einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT erzielt wird. Als Reaktion auf die Eingabe des zweiten Ansteuersignals fließt ein Strom in den Steueranschluss (das heißt das Gate) des n-Kanal-MOSFET 6 über das Ladeelement 10, wenn das erste Schaltelement 2 eingeschaltet wird. Diese erhöht das Gate-Potential zu einem höheren Pegel, der gleich oder größer als ein Wert ist, der äquivalent zu dem Source-Potential plus der Schwellwertspannung V_TH ist. Daher wird der n-Kanal-MOSFET 6 eingeschaltet. Eine elektrische Ladung wird in dem Kondensator des n-Kanal-MOSFET 6 gespeichert, um den n-Kanal-MOSFET 6 eingeschaltet zu halten. Wenn das erste Schaltelement 2 später ausgeschaltet wird, wird das Drain-Potential des n-Kanal-MOSFET 6 erhöht. Jedoch erhöht sich das Gate-Potential des n-Kanal-MOSFET 6 in Übereinstimmung mit der Erhöhung des Drain-Potentials. Dies hält den eingeschalteten Zustand des n-Kanal-MOSFET 6 aufrecht. Weiterhin ist, wenn der n-Kanal-MOSFET ausgeschaltet wird, das zweite Ansteuersignal, das von dem Anschluss T2 eingegeben wird, ein Spannungssignal, das ein elektrisches Potential aufweist, das niedriger als das zuvor beschriebene Spannungssignal eines höheren Pegels (zum Beispiel ein Spannungssignal, das äquivalent zu dem Potential einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist) ist. Kein Strom fließt über das Ladeelement 10 in den Steueranschluss (das heißt das Gate) des n-Kanal-MOSFET 6. In diesem Fall wird die elektrische Ladung, die in dem Kondensator des n-Kanal-MOSFET 6 gespeichert ist, durch das Entladelement 12 entladen. Daher wird der n-Kanal-MOSFET 6 schnell deaktiviert.
Die Ansteuervorrichtung, die in 1B gezeigt ist, ist an dem p-Kanal-MOSFET anwendbar, der als das zweite Schaltelement 6 verwendet wird. Wenn das erste Schaltelement 2 eingeschaltet wird, ist der Drain (das heißt der erste Ausgangsanschluss) des p-Kanal-MOSFET 6 über das erste Schaltelement 2 mit dem Anschluss Ta (das heißt der Seite einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT) verbunden. Anders ausgedrückt weist der Drain des p-Kanal-MOSFET 6 das gleiche elektrische Potential wie das der Seite einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT auf. Eine Parasitärdiode ist zwischen den Ausgangsanschlüssen (das heißt Drain/Source) des p-Kanal-MOSFET 6 ausgebildet. Deshalb weist die Source (das heißt der zweite Ausgangsanschluss) des p-Kanal-MOSFET 6 im Wesentlichen das gleiche elektrische Potential wie das der Seite der niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT auf. Das zweite Ansteuersignal, das von dem Anschluss T2 eingegeben wird, ist ein Spannungssignal, das ein elektrisches Potential aufweist, das gleich oder niedriger als ein Wert ist, der durch Subtrahieren der Schwellwertspannung V_TH des p-Kanal-MOSFET 6 von dem Potential einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT erzielt wird. Als Reaktion auf die Eingabe des zweiten Ansteuersignals fließt ein Strom von dem Steueranschluss (das heißt dem Gate) des p-Kanal-MOSFET 6 über das Ladeelement 10, wenn das erste Schaltelement 2 eingeschaltet wird. Dies verringert das Gate-Potential zu einem niedrigeren Pegel, der gleich oder niedriger als ein Wert ist, der äquivalent zu dem Source-Potential minus der Schwellwertspannung V_TH ist. Daher wird der p-Kanal-MOSFET 6 eingeschaltet. Eine elektrische Ladung ist in dem Kondensator der p-Kanal-MOSFET 6 gespeichert, um den p-Kanal-MOSFET 6 eingeschaltet zu halten. Wenn das erste Schaltelement 2 später ausgeschaltet wird, wird das Drain-Potential des p-Kanal-MOSFET 6 verringert. Jedoch verringert sich das Gate-Potential des p-Kanal-MOSFET 6 in Übereinstimmung mit der Verringerung des Drain-Potentials. Dies hält den eingeschalteten Zustand des p-Kanal-MOSFET 6 aufrecht. Weiterhin ist, wenn der p-Kanal-MOSFET 6 ausgeschaltet ist, das zweite Ansteuersignal, das von dem Anschluss T2 eingegeben wird, ein Spannungssignal, das ein elektrisches Potential aufweist, das höher als das zuvor beschriebene Spannungssignal eines niedrigeren Pegels ist (zum Beispiel ein Spannungssignal, das äquivalent zu einem Potential einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist). Kein Strom fließt von dem Steueranschluss (das heißt dem Gate) des p-Kanal-MOSFET 6 über das Ladeelement 10. In diesem Fall wird die elektrische Ladung, die in dem Kondensator des p-Kanal-MOSFET 6 gespeichert ist, durch das Entladeelement 12 entladen. Daher wird der p-Kanal-MOSFET 6 schnell deaktiviert.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, ist das Ladeelement 10 vorgesehen, um den Kondensator des MOSFET zum Einschalten des MOSFET 6 zu laden. Die Funktion des Ladelements 10 kann durch direktes Vorsehen eines Gleichrichterelements zwischen dem Eingangsanschluss T2 des zweiten Ansteuersignals und dem Steueranschluss (das heißt dem Gate) des MOSFET 6 realisiert werden. Es ist ebenso möglich, ein drittes Schaltelement zwischen der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT und dem Steueranschluss (das heißt dem Gate) des MOSFET 6 vorzusehen. Wenn das Spannungssignal als das zweite Ansteuersignal eingegeben wird, fließt ein Strom in einer vorbestimmte Richtung durch das dritte Schaltelement (das heißt von der Seite einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle zu dem Gate oder von dem Gate zu der Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle) zum Einschalten des MOSFET 6.
Erstes Ausführungsbeispiel
2 ist ein Stromlaufplan, der eine Anordnung einer Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist die Ansteuervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels einen n-Kanal-MOSFET 20 (hier im weiteren Verlauf FET 20 abgekürzt) als das erste Schaltelement auf, welches in einem Energieversorgungspfad vorgesehen ist, der sich von einer Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT zu einer induktiven Last L ausdehnt. Der FET 20 weist eine Source auf, die über einen Anschluss Tc mit einer Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT verbunden ist. Weiterhin weist der FET 20 einen Drain auf, der über einen Anschluss Tb mit einem Ende der induktiven Last L verbunden ist. Demgemäß wirkt der FET 20 als ein Schalter einer niedrigeren Seite, der zulässt, dass ein Strom iL entlang eines Stromflusspfads A fließt, der sich von der induktiven Last L zu dem Anschluss Tc ausdehnt.
Weiterhin ist eine Ansteuerschaltung 22 mit einem Gate des FET 20 verbunden. Die Ansteuerschaltung 22 beinhaltet einen Komparator 22a, welcher ein eingegebenes Steuersignal S1 mit einer Referenzspannung V1 vergleicht. Wenn das Steuersignal S1 gleich oder größer als die Referenzspannung V1 ist, erzeugt der Komparator 22a ein Ansteuersignal eines hohen Pegels über ein Impedanzelement Z22, wie zum Beispiel einen Widerstand. Dieses Ansteuersignal eines hohen Pegels schaltet den FET 20 ein.
Eine Klemmschaltung 24 ist zwischen den Gate- und Drain-Anschlüssen des FET 20 angeschlossen. Die Klemmschaltung 24 klemmt die Spannung Vp-c (das heißt eine Spannung zwischen den Anschlüssen Tb und Tc) auf einen Wert, der gleich oder niedriger als die erste Klemmspannung ist.
Die Klemmschaltung 24 weist eine Diode D24 auf, deren Anode mit dem Drain des FET 20 verbunden ist. Die Klemmschaltung 24 weist weiterhin eine Zener-Diode ZD24 auf, die eine Kathode aufweist, die mit einer Kathode der Diode D24 verbunden ist. Eine Anode der Zener-Diode ZD24 ist mit dem Gaste des FET 20 verbunden. Die erste Klemmspannung V_CL1 ist durch eine Summe einer Durchlassspannung V_ZD24 der Zener-Diode ZD24, eines Durchlassspannungsabfalls V_ZD24 an der Diode D22 und einer Schwellwertspannung H_HT20 des FET 20 (das heißt V_CL1 = V_ZD24 + V_D24 + V_TH20) definiert.
Wenn die Spannung Vb-c (das heißt eine Spannung zwischen den Anschlüssen Tb und Tc) gleich oder größer als die erste Klemmspannung V_CL1 wird, aktiviert die Klemmschaltung 24 den FET 20. Der Laststrom iL fließt entlang des Stromflusspfads A auf die gleiche Weise wie in dem Ansteuerbetrieb der Induktiven Last L. Daher wird die Spannung Vb-c auf einen Wert geklemmt, der gleich oder kleiner als die erste Klemmspannung ist.
Ein erstes Impedanzelement Z20, wie zum Beispiel ein Widerstand oder eine Konstantstromquelle, ist zwischen den Gate- und Source-Anschlüssen des FET 20 angeschlossen. Das Impedanzelement Z20 weist eine Funktion eines Verhinderns von Fehlverhalten des FET 20 auf, die aus Rauschen usw. abgeleitet werden, um dadurch einen Betrieb des FET 20 zu stabilisieren. Jedoch können das Impedanzelement Z20 und das Impedanzelement Z22, die in der zuvor beschriebenen Ansteuerschaltung 22 enthalten sind, weggelassen werden.
Die induktive Last L ist mit einer Seite einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT an einem Anschluss Ta verbunden. Eine Diode D30, die als eine Gleichrichtereinrichtung dient, und ein n-Kanal-MOSFET 30 (hier im weiteren Verlauf als FET 30 abgekürzt) sind zwischen den Anschlüssen Ta und Tb in Reihe geschaltet. Die Diode D30 weist eine Kathode auf, die mit dem Anschluss Ta verbunden ist. Eine Anode der Diode D30 ist mit einer Source des FET 30 verbunden. Ein Drain des FET 30 ist mit dem Anschluss Tb verbunden. Demgemäß wird, wenn der FET 30 eingeschaltet wird, ein Stromflusspfad P von dem Anschluss Tb zu dem Anschluss Ta durch Festlegen des elektrischen Potentials des Anschlusses Tb auf einen Wert ausgebildet, der höher als das elektrische Potential des Anschlusses Ta ist.
Als Nächstes weist der FET ein Gate auf, das über ein Impedanzelement Z30 (zum Beispiel einen Widerstand), eine Diode D32 und ein Impedanzelement Z32 (zum Beispiel einen Widerstand) mit einer Ansteuerschaltung 32 verbunden ist.
Die Ansteuerschaltung 32 beinhaltet einen Komparator 32a, welcher ein eingegebenes Steuersignal S2 mit einer Referenzspannung V2 vergleicht. Wenn das Steuersignal S2 gleich oder größer als die Referenzspannung V2 ist, erzeugt der Komparator 32a ein Ansteuersignal eines hohen Pegels. Die Diode D32, die als eine Ladeeinrichtung dient, weist eine Anode auf, die über das Impedanzelement Z32 mit einem Ausgangsanschluss der Ansteuerschaltung 32 verbunden ist. Eine Kathode der Diode D32 ist über das Impedanzelement Z30 mit dem Gate des FET 30 verbunden. Die Diode D32 weist eine Funktion eines Ladens eines Parasitärkondensators C1 zwischen den Gate- und Source-Anschlüssen des FET 30 ausgebildet ist, und eines Parasitärkondensators C2 auf, der zwischen den Gate- und Drain-Anschlüssen des FET 30 ausgebildet ist. Genauer gesagt fließt, wenn der FET 30 eingeschaltet wird und der Anschluss Tb (das heißt das Gatepotential des FET 30) niedrig ist, ein Strom als Reaktion auf ein Ansteuersignal eines hohen Pegels, das von der Ansteuerschaltung 32 erzeugt wird, in das Gate des FET 30, um dadurch die Parasitärkondensatoren C1 und C2 zu laden.
Weiterhin ist eine Entladeschaltung 34 mit einem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode D32 und dem Impedanzelement Z30 verbunden. Die Entladeschaltung 34 weist eine Funktion eines Entladens der elektrischen Ladung, die in den Parasitärkondensatoren C1 und C2 des FET 30 gespeichert ist, als Reaktion auf ein Ansteuersignal eines niedrigen Pegels auf, das von der Ansteuerschaltung 32 erzeugt wird. Die Entladeschaltung 34 beinhaltet einen NPN-Transistor Tr34 und einen NPN-Transistor Tr36. Ein Kollektor des NPN-Transistors Tr34 ist über eine Impedanz 34 (zum Beispiel einen Widerstand) mit dem zuvor beschriebenen Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode D32 und dem Impedanzelement Z30 verbunden. Ein Emitter des NPN-Transistors Tr34 ist mit dem Anschluss Tc verbunden. Weiterhin weist der NPN-Transistor Tr34 eine Basis auf, die über eine Impedanz Z36 (zum Beispiel einen Widerstand) mit dem Anschluss Ta verbunden ist. Andererseits ist ein Kollektor des NPN-Transistors Tr36 mit der Basis des NPN-Transistors Tr34 verbunden. Ein Emitter des NPN-Transistors Tr36 ist mit dem Anschluss Tc verbunden. Weiterhin weist der NPN-Transistor Tr36 eine Basis auf, die über eine Impedanz Z38 (zum Beispiel einen Widerstand) mit dem Ausgangsanschluss der Ansteuerschaltung 32 verbunden ist.
Mit dem zuvor beschriebenen Schaltungsaufbau wirkt die Entladeschaltung 34 auf die folgende Weise. Wenn die Ansteuerschaltung 32 ein Ansteuersignal eines niedrigen Pegels erzeugt, wird der NPN-Transistor Tr36 ausgeschaltet und wird die NPN-Transistor Tr34 eingeschaltet. Dies bildet einen Entladungspfad aus, der sich von dem Gate des FET 30 über die Impedanzelemente Z30, Z34, den NPN-Transistor Tr34 zu dem Anschluss Tc ausdehnt. Anders ausgedrückt wird, wenn die Ansteuerschaltung 32 ein Ansteuersignal eines hohen Pegels erzeugt, der NPN-Transistor Tr36 eingeschaltet und wird der NPN-Transistor Tr34 ausgeschaltet. Dies unterbricht (das heißt öffnet) den Entladungspfad. Demgemäß wird, wenn das Ansteuersignal eines niedrigen Pegels von der Ansteuerschaltung 32 erzeugt wird, die elektrische Ladung, die in dem Parasitärkondensator des FET 30 gespeichert ist, entladen, um den FET 30 auszuschalten.
Als Nächstes wird ein Betrieb der Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last des zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels auf der Grundlage eines Öffnungs/Schließsteuerns eines elektromagnetischen Ventils, das als die induktive Last L dient, unter Bezugnahme auf ein Zeitablaufdiagramm beschrieben, das in 3 gezeigt ist. In dem Zeitablaufdiagramm von 3 stellt "iA" einen Teil des Laststroms iL dar, der entlang des Stromflusspfads fließt, der durch den FET 20 ausgebildet ist, stellt "iB" einen Teil des Laststroms iL dar, der entlang des Stromflusspfads B fließt, der durch den FET 30 und die Diode D30 ausgebildet ist.
Um das elektromagnetische Ventil schnell zu öffnen, ist es notwendig, eine große Strommenge zu dem Beginn des Öffnungssteuerns des elektromagnetischen Ventils zuzuführen. Weiterhin ist es, nachdem das elektromagnetische Ventil geöffnet worden ist, bevorzugt, eine verringerte Konstanzstrommenge zuzuführen, um das elektromagnetische Ventil offen zu halten.
Zuerst wird, wie es in 3 gezeigt ist, zu einem Zeitpunkt t1 das Steuersignal S1, das ein elektrisches Potential aufweist, das höher als die Referenzspannung V1 ist, in die Ansteuerschaltung 22 eingegeben, um ein Ansteuersignal eines hohen Pegels aus der Ansteuerschaltung 22 zu erzeugen. Der FET 20 wird als Reaktion auf dieses Ansteuersignal eines hohen Pegels eingeschaltet. In diesem Fall empfängt die Ansteuerschaltung 32 das Steuersignal S2, das ein elektrisches Potential aufweist, das niedriger als die Referenzspannung V2 ist. Demgemäß erzeugt die Ansteuerschaltung 32 ein Ausgangssignal eines niedrigen Pegels, um den FET 30 auszuschalten.
Dann beginnt der Laststrom iL der induktiven Last L entlang des Stromflusspfads A zu fließen. Die Strommenge erhöht sich mit einer Zeitkonstante, die durch eine Induktivität der induktiven Last L bestimmt wird, usw. Daher wird das Steuersignal S1 zu einem Zeitpunkt (das heißt t2), an dem der Laststrom iL einen vorbestimmten Strompegel erreicht, der zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils erforderlich ist, zu einem Pegel geschaltet, der niedriger als die Referenzspannung V1 ist. Daher wird der FET 20 ausgeschaltet.
In diesem ausgeschalteten Zustand des FET 20 erhöht die magnetische Energie, die in der induktiven Last L gespeichert ist, das elektrische Potential des Anschlusses Tb der induktiven Last L, die sich näher an dem FET 20 befindet. Anders-ausgedrückt wird die Spannung Vb-c zwischen den Anschlüssen Tb und Tc erhöht. Zu diesem Zeitpunkt ist der FET 30 in einem ausgeschalteten Zustand. Daher fließt durch die Klemmschaltung 24 der Laststrom iL kontinuierlich über den FET 20. Die Spannung Vb-c wird daher zu einem Pegel verringert, der gleich oder niedriger als die erste Klemmspannung ist.
Als Nächstes wird der verringerte Laststrom iL zu einer Zeit t3 einen vorbestimmten Pegel (das heißt einen Haltestrom), der zum offen Halten des elektromagnetischen Ventils erforderlich ist, erreichen. Zu diesem Augenblick wird das Steuersignal S1 erneut zu einem höheren Pegel geändert. Die Ansteuerschaltung 22 erzeugt ein Ansteuersignal eines hohen Pegels, um den FET 20 einzuschalten. Danach wird der Pegel des Steuersignals S1 zyklisch geändert, um den Laststrom iL zu dem Haltestrom zu regeln, um ein bekanntes PWM-Steuern durchzuführen. Demgemäß wird. der FET 20 zyklisch ein- und ausgeschaltet.
Während des PWM-Steuerns wird das Steuersignal S2 zu einem Pegel erhöht, der höher als die Referenzspannung V2 ist. Die Ansteuerschaltung 32 erzeugt ein Ansteuersignal eines hohen Pegels. Dies wird zum Unterdrücken der Änderung des Laststroms iL durchgeführt. Genauer gesagt wird, wenn der FET 20 ausgeschaltet wird, die Spannung Vb-c zwischen den Anschlüssen Tb und Tc auf eine zweite Klemmspannung unterdrückt, die niedriger als die erste Klemmspannung ist, die durch die Klemmschaltung 24 festgelegt ist. Dies unterdrückt eine Änderung (ein Herabfallen) des Laststroms iL, der auftritt, nachdem der FET 20 ausgeschaltet worden ist. Daher wird während des PWM-Steuerns die Änderung des Laststroms iL unterdrückt.
Das heißt, zu dem Zeitpunkt t3 werden beide der Steuersignale S1 und S2 zu den höheren Pegeln geändert. Die Ansteuerschaltung 32 erzeugt das Ansteuersignal eines höheren Pegels, um den FET 20 einzuschalten. Der Strom fließt von der Ansteuerschaltung 32 über die Diode D32 in das Gate des FET 30. Wenn die Parasitärkondensatoren C1 und C2 eine ausreichende Menge einer elektrischen Ladung gespeichert haben, wird der FET 30 eingeschaltet. Während des PWM-Steuerns wird der FET 20 zyklisch ausgeschaltet. Das elektrische Potential des Anschlusses Tb erhöht sich entsprechend. Jedoch wird durch die elektrischen Ladungen, die in den Parasitärkondensatoren C1 und C2 gespeichert sind, das elektrische Potential des Gates des FET 30 ebenso erhöht. Daher wird der FET 20 in einem eingeschalteten Zustand gehalten, wenn der FET 30 eingeschaltet worden ist.
Wenn das elektrische Potential des Anschlusses Tb als Reaktion auf das Einschalten des FET 30 erhöht wird, fließt der Laststrom iL über den FET 30 und die Diode D30 von dem Anschluss Tb entlang des Stromflusspfads B zu dem Anschluss Ta. Die Spannung Vb-c zwischen den Anschlüssen Tb und Tc wird auf die zweite Klemmspannung geklemmt, die niedriger als die erste Klemmspannung ist. In diesem Fall ist die erste Klemmspannung durch die Energieversorgungsspannung V_B der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT, den Durchlassspannungsabfall V_D30 der Diode D30 und den Durchlasswiderstand R_ON30 (das heißt den Drain/Source-Widerstand) des FET 30 und den Laststrom iL definiert. Die zweite Klemmspannung (V_CL2) ist durch eine Gleichung V_CL2 = V_B + VD30 + R_ON30 × iL definiert. Danach wird das Abfallen des Laststroms iL, der zu dem Beginn des PWM-Steuerns auftritt, verglichen mit dem Ansteigen zu dem Beginn des Ansteuerbetriebs (das heißt eines Öffnungsbetriebs des elektromagnetischen Ventils) der induktiven Last L abgeschwächt. Der Laststrom iL wird stabilisiert.
Als Nächstes werden, um das elektromagnetische Ventil zu schließen, beide der Steuersignale S1 und S2 zu einem Zeitpunkt t4 zu niedrigen Pegeln geändert. Beide der Ansteuerschaltungen 22 und 32 erzeugen Ansteuersignale eines niedrigen Pegels. Dieser Zustand wird gehalten. Durch Erzeugen des Ansteuersignals eines niedrigen Pegels von der Ansteuerschaltung 22 wird der FET 20 deaktiviert. Durch Erzeugen des Ansteuersignals eines niedrigen Pegels von der Ansteuerschaltung 32 werden die elektrischen Ladungen, die in den Parasitärkondensatoren C1 und C2 des FET 30 gespeichert sind, über die Entladeschaltung 34 entladen. Der FET 30 wird ebenso deaktiviert. Unmittelbar, nachdem beide des FET 20 und des FET 30 deaktiviert worden sind, erhöht die magnetische Energie, die in der induktiven Last L gespeichert ist, das elektrische Potential des Anschlusses Tb. Dies lässt die Klemmschaltung 24 arbeiten, um zuzulassen, dass der Laststrom iL durch den FET 20 fließt. Danach wird der Laststrom iL auf null verringert. Die Spannung Vb-c zwischen den Anschlüssen Tb und Tc wird zu der Energieversorgungsspannung Vb der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT abgeglichen.
Wie es in der vorhergehenden Beschreibung beschrieben ist, verwendet die Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last des ersten Ausführungsbeispiels den n-Kanal-MOSFET 30 als das zweite Schaltelement zum Ändern der Klemmspannung. Dies ist vorteilhaft, um eine Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last zu realisieren, die imstande ist, den Stromverlust zu verringern. Weiterhin wird nichtsdestotrotz der Klemm-Kanal-MOSFET 30 als das weitere Schaltelement zum Ändern der Klemmspannung verwendet, wobei das zuvor beschriebene erste Ausführungsbeispiel kein Ansteuersignal eines hohen Pegels erfordert, das ein elektrisches Potential aufweist, das höher als die Seite einer niederen Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT zum Einschalten des n-Kanal-MOSFET 30 ist. Anders ausgedrückt ist keine spezielle Verstärkungs-(das heißt Spannungserhöhungs-)-Schaltung zum Einschalten des n-Kanal-MOSFET 30 erforderlich. Dies vereinfacht den Schaltungsaufbau ziemlich.
In einem Fall, in dem die Parasitärkondensatoren C1 und C2 des MOSFET 30 keine Fähigkeit eines Speicherns einer ausreichenden Menge einer elektrischen Ladung zum Einschalten des MOSFET 30 aufweisen, wird es erwünscht sein, Kondensatoren zwischen den Gate- und Source-Anschlüssen und den Gate- und Drain-Anschlüssen des MOSFET 30 vorzusehen.
Wenn die Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last des ersten Ausführungsbeispiels in einer integrierten Halbleiterschaltung enthalten ist, um eine IC-Einheit zu realisieren, gibt es keine Notwendigkeit eines Vergrößerns der Chipfläche zum Sicherstellen einer ausreichenden Strommenge, die über das zweite Schaltelement fließt. Dies erleichtert die Realisierung einer IC-Ansteuervorrichtung. Genauer gesagt verwendet dieses Ausführungsbeispiel den n-Kanal-MOSFET 20 als das erste Schaltelement zum Steuern der Energieversorgung zu der induktiven Last L sowie als das zweite Schaltelement. Die Komparatoren 22a und 32a, die in den Ansteuerschaltungen 22 und 32 enthalten sind, können ebenso durch einen n-Kanal-MOSFET gebildet sein. Daher kann die IC-Ansteuervorrichtung einfach realisiert werden.
Die Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last des ersten Ausführungsbeispiels muss nicht als eine IC-Einheit realisiert sein. Die zuvor beschriebenen Elemente können durch getrennte Komponenten gebildet sein. Es ist überflüssig zu sagen, dass es möglich ist, eine Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last zu realisieren, die einen einfachen Aufbau und eine geringe Dämpfung aufweist.
Wenn die Ansteuervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels durch eine integrierte Halbleiterschaltung gebildet ist, ist es bevorzugt, Diffusionswiderstände als die zuvor beschriebenen Impedanzelemente Z20, Z22, Z30, Z32, Z34, Z36 und Z38 zu verwenden, da das Herstellen vereinfacht ist. Bezüglich der Impedanz Z30, die mit dem Gate des n-Kanal-MOSFET 30 verbunden ist, ist es bevorzugt, einen Dünnfilmwiderstand zu verwenden, um den Einschaltbetrieb des n-Kanal-MOSFET 30 sicherzustellen. Wenn das Impedanzelement, das mit dem Gate des n-Kanal-MOSFET 30 verbunden ist, durch einen Diffusionswiderstand gebildet ist, wird ein Parasitärkondensator zwischen dem Gate des n-Kanal-MOSFET 30 und einem Masseanschluss des IC-Substrats ausgebildet. Dieser Parasitärkondensator kann den Einschaltbetrieb des n-Kanal-MOSFET 30 stören.
Gemäß dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel befindet sich ein Gleichrichterelement (das heißt eine Diode D32) zwischen dem Ausgangsanschluss der Ansteuerschaltung 32 und dem FET 30. Dieses Gleichrichterelement dient als die Ladeeinrichtung zum Halten des FET 30 in einem eingeschalteten Zustand als das zweite Schaltelement. Die Funktion der Ladeeinrichtung, die durch das erste Ausführungsbeispiel erforderlich ist, ist, den Strom in das Gate des FET 30 zuzuführen, um den FET 30 einzuschalten, wenn der FET 20 als Reaktion auf ein Ansteuersignal eines hohen Pegels aktiviert wird, das von der Ansteuerschaltung 32 erzeugt wird. Diese Funktion kann durch Anordnen des Gate des FET 30, um eine elektrische Energie von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT zu empfangen, realisiert werden, um den Strom in das Gate zuzuführen.
Zweites Ausführungsbeispiel
Eine Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird hier im weiteren Verlauf unter 4 erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich darin von dem zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, dass die Ansteueranordnung für den FET 30 abgeändert ist. Der Rest der Schaltungsanordnung ist im Wesentlichen der Gleiche wie der des ersten Ausführungsbeispiels.
Wie es in 4 gezeigt ist, weist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last eine Lade/Entladeschaltung 40 auf, die sich zwischen der Ansteuerschaltung 32 und dem Gate des FET 30 befindet. Die Lade/Entladeschaltung 40 weist zwei Konstantstromquellen 42 und 44, NPN-Transistoren Tr40, Tr42, Tr44 und Tr46, eine Diode D40 und ein Impedanzelement (zum Beispiel einen Widerstand) Z40 auf.
In dieser Lade/Entladeschaltung 40 ist ein Kollektor des NPN-Transistors Tr40 über den Anschluss Ta mit einer Seite einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT verbunden. Ein Emitter des NPN-Transistors Tr40 ist über die Diode D40 mit einem Ende des Impedanzelements Z30 verbunden. Das andere Ende des Impedanzelements Z30 ist mit dem Gate des FET 30 verbunden. Wenn der NPN-Transistor Tr40 eingeschaltet wird, fließt ein Strom über den NPN-Transistor Tr40, die Diode D40 und das Impedanzelement Z30 von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT in das Gate des FET 30. Der FET 30 wird eingeschaltet. Weiterhin werden die Parasitärkondensatoren C1 und C2 durch den zugeführten Strom geladen. Demgemäß können der NPN-Transistor Tr40 und die Diode D40 des zweiten Ausführungsbeispiels als eine Ladeeinrichtung zum Laden der Parasitärkondensatoren C1 und C2 des FET 30 wirken. Der NPN-Transistor Tr40 entspricht einem beanspruchten dritten Schaltelement. Die Diode D40 verhindert, dass der Strom von dem FET 30 zu dem NPN-Transistor Tr40 fließt. Jedoch kann die Diode D40 weggelassen werden, wenn der NPN-Transistor Tr40 eine ausreichend große Spannungsfestigkeit aufweist.
Ein Verbindungspunkt zwischen der Diode D40 und dem Impedanzelement Z30 ist mit einem Kollektor des NPN-Transistors Tr46 verbunden. Ein Emitter des NPN-Transistors Tr46 ist über den Anschluss C1 mit der Seite einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT verbunden. Demgemäß wird, wenn der NPN-Transistor Tr46 eingeschaltet wird, ein Entladungspfad auf die gleiche Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die elektrischen Ladungen, die in dem Parasitärkondensatoren C1 und C2 des FET 30 gespeichert sind, werden entladen. Der FET 30 wird ausgeschaltet. Das Impedanzelement Z40 befindet sich zwischen den Basis- und Emitter-Anschlüssen des NPN-Transistors Tr46.
Weiterhin ist eine Basis des NPN-Transistors Tr42 mit dem Ausgangsanschluss der Ansteuerschaltung 32 verbunden. Ein Kollektor des NPN-Transistors Tr42 ist mit der Konstantstromquelle 42 verbunden. Die Konstantstromquelle 42 nimmt eine elektrische Energie von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT auf und führt einen Konstantstrom zu. Ein Emitter des NPN-Transistors Tr42 ist mit dem Anschluss Tc verbunden. Eine Basis des NPN-Transistors Tr44 ist mit dem Kollektor des NPN-Transistors Tr42 verbunden. Ein Kollektor des NPN-Transistors Tr44 ist mit der Konstantstromquelle 44 verbunden. Die Konstantstromquelle 44 nimmt eine elektrische Energie von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT auf und führt einen Konstantstrom zu. Weiterhin ist der Kollektor des NPN-Transistors Tr44 mit der Basis des NPN-Transistors Tr40 verbunden. Ein Emitter des NPN-Transistors Tr44 ist mit der Basis des NPN-Transistors Tr46 verbunden.
Gemäß der Lade/Entladeschaltung 40 wird als Reaktion auf ein Ansteuersignal eines hohen Pegels, das von der Ansteuerschaltung 32 zugeführt wird, der NPN-Transistor Tr42 eingeschaltet und wird der NPN-Transistor Tr44 ausgeschaltet. Als Reaktion auf dieses Schalten wird der Lade-NPN-Transistor Tr40 eingeschaltet und wird der Entlade-NPN-Transistor Tr46 ausgeschaltet. Wenn die Ansteuerschaltung 32 ein Ansteuersignal eines niedrigen Pegels erzeugt, wird der NPN-Transistor Tr42 ausgeschaltet und wird der NPN-Transistor Tr44 eingeschaltet. In diesem Fall wird der Lade-NPN-Transistor Tr40 ausgeschaltet und wird der Entlade-NPN-Transistor Tr46 eingeschaltet.
Deshalb wirkt die Ansteuervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels auf die gleiche Weise wie die Ansteuervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels. Das heißt, der FET 30 wird durch Erzeugen des Ansteuersignals eines hohen Pegels von der Ansteuerschaltung 32 eingeschaltet. Der FET 30 wird durch Erzeugen des Ansteuersignals eines niedrigen Pegels von der Ansteuerschaltung 32 ausgeschaltet. Daher werden die gleichen Effekte erzielt.
Wie es aus 4 ersichtlich ist, unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel darin von dem ersten Ausführungsbeispiel, dass eine gleiche Spannung V0 als die Referenzspannung in die Ansteuerschaltungen 22 und 32 eingegeben wird, und darin, dass die Klemmschaltung 24 durch insgesamt drei Zener-Dioden ZDa bis ZDc und die Diode D24 gebildet ist. Jedoch wirkt die Ansteuerschaltung des zweiten Ausführungsbeispiels auf die gleiche Weise wie die des ersten Ausführungsbeispiels.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann daher verschieden abgeändert werden.
Zum Beispiel kann der zuvor beschriebene n-Kanal-MOSFET, der als das erste Schaltelement zum Steuern der Energieversorgung zu der induktiven Last L verwendet wird, durch einen NPN-Transistor oder irgendein anderes Schaltelement ersetzt werden, wenn er keinen negativen Einfluss auf das Herstellen oder den Betrieb der Ansteuerschaltung ausübt.
Weiterhin weist gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen die Klemmschaltung 24 eine Reihenschaltung der Stromrichtungs-Begrenzungsdiode und der Klemmspannungsfestlegungs-Zenerdiode(n) auf, welche zwischen den Gate- und Drain-Anschlüssen des FET 20 angeschlossen ist. Jedoch kann irgendeine andere Klemmschaltung als die Klemmeinrichtung verwendet werden, wenn sie die Spannung zwischen den Anschlüssen Tb und Tc an einem Wert halten kann, der gleich oder kleiner als die erste Klemmspannung ist. Es ist ebenso möglich, die Klemmschaltung direkt zwischen den Anschlüssen Tb und Tc vorzusehen.
Weiterhin wenden die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele die Dioden als eine Gleichrichtereinrichtung zum Beschränken der Stromrichtung während des eingeschalteten Zustands des FET 30 oder als ein Gleichrichterelement an, das die Ladeschaltung bildet. Jedoch können diese Dioden durch irgendwelche äquivalenten Komponenten ersetzt werden. Weiterhin ist gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen das Impedanzelement Z30 (und Z32, Z34 in den ersten Ausführungsbeispielen) vorgesehen, um die Strommenge in dem Stromflusspfad zum Laden/Entladen der Parasitärkondensatoren C1 und C2 des FET 30 zu beschränken. Jedoch kann dieses Impedanzelement Z30 (und Z32, Z34) weggelassen werden.
Andere Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last
5 und 6 zeigen jeweils eine schematische Anordnung einer anderen Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie es in 5 gezeigt ist, dehnt sich ein Energieversorgungspfad von einer Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT zu einer induktiven Last L aus. Ein erstes Schaltelement 110 ist zum Öffnen oder Schließen dieses Energieversorgungspfads gemäß einem ersten Ansteuersignal S1 vorgesehen. Ein Gleichrichterelement 120 ist parallel zu der induktiven Last L geschaltet. Wenn das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet wird, wird keine elektrische Energie von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT der induktiven Last L zugeführt. Jedoch wird eine Spannung an einer Seite (das heißt einem Anschluss Tb) der induktiven Last L erzeugt, die näher zu dem ersten Schaltelement ist. Durch die erzeugte Spannung lässt das Gleichrichterelement 120 zu, dass ein Strom auch dann über die induktive Last L fließt, wenn das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet ist.
Gemäß dieser Ansteuervorrichtung wird ein erstes Ansteuersignal S1, das von einem Anschluss T1 eingegeben wird, einem Steueranschluss des ersten Schaltelements 110 zugeführt, um das erste Schaltelement 110 zu aktivieren oder zu deaktivieren. Als Reaktion auf das Ein/Ausschalten des ersten Schaltelements 110 wird ein Stromflusspfad des Laststroms, der über die induktive Last L fließt, abwechselnd zwischen einem Stromflusspfad A, der das erste Schaltelement 110 beinhaltet, und einem Stromflusspfad B geschaltet, der das Gleichrichterelement 120 beinhaltet. Dies realisiert einen Konstantstromzerhacker-Ansteuerbetrieb für die induktive Last L.
Beide Enden des Gleichrichterelements 120 sind mit einem Paar von Ausgangsanschlüssen, das heißt einem Drain und einer Source, eines MOSFET 130 (5 zeigt einen n-Kanal-MOSFET) verbunden. Das Ende (das heißt ein Anschluss Tb) der induktiven Last L, das sich näher zu dem ersten Schaltelement 110 befindet, ist mit einem Ende eines ersten Kapazitätselements 140 verbunden, welches imstande ist, eine elektrische Ladung zu speichern. Das andere Ende des ersten Kapazitätselements 140 ist mit einem Ende eines Gleichrichterelements 150 verbunden.
Das Gleichrichterelement 150 nimmt eine elektrische Energie von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT auf, wenn das erste Schaltelement 110 eingeschaltet wird. Der Strom, der über das Gleichrichterelement 150 fließt, lädt das erste Kapazitätselement 140. Das andere Ende des Gleichrichterelements 150 ist mit dem anderen Ende (das heißt einem Anschluss Ta zwischen der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT und dem ersten Schaltelement 110) der induktiven Last L verbunden.
Wenn das erste Schaltelement 110 eingeschaltet wird, um die elektrische Energie der induktiven Last L von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT zuzuführen, sind der Anschluss TB der induktiven Last L und das erste Schaltelement 110 mit der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT verbunden. Daher wird das elektrische Potential des Anschlusses Tb mit einem elektrischen Potential einer Elektrode (das heißt einer negativen Elektrode in 5) der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle abgeglichen. Der Anschluss Tb ist mit einem Ende des ersten kapazitiven Elements 140 verbunden. Das andere Ende (das heißt ein Anschluss Tb) des ersten Kapazitätselements 140 ist über das Gleichrichterelement 150 mit dem anderen Anschluss Ta verbunden. Der Anschluss Ta ist mit der anderen Elektrode (das heißt einer positiven Elektrode in 5) der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT verbunden. Daher fließt, wenn das erste Schaltelement 110 eingeschaltet wird, ein Strom von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT über das Gleichrichterelement 150 in das erste Kapazitätselement 140. Das erste Kapazitätselement 140 wird bis zu einem Spannungspegel "V_BT– Vf" geladen, wobei V_BT eine Energieversorgungsspannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT darstellt und Vf einen Spannungsabfall an dem Gleichrichterelement darstellt.
Ein Verbindungspunkt (das heißt ein Anschluss Tb) zwischen dem Gleichrichterelement 150 und dem ersten Kapazitätselement 140 ist mit einem Ausgangsanschluss eines zweiten Schaltelements 160 verbunden. Ein Steueranschluss (das heißt ein Gate) des MOSFET 130 ist mit dem anderen Ausgangsanschluss des zweiten Schaltelements 160 verbunden. Das zweite Schaltelement 160 wird als Reaktion auf ein zweites Ansteuersignal S2 eingeschaltet, das von dem Anschluss T2 in den Steueranschluss des zweiten Schaltelements 160 eingegeben wird, wenn das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet wird. Das zweite Schaltelement 160 schaltet den MOSFET 130 durch Anlegen einer Spannung an den Steueranschluss (das heißt das Gate) des MOSFET 130 ein. In diesem Fall wird die Spannung, die an den Steueranschluss (das heißt das Gate) des MOSFET 130 angelegt wird, von dem ersten Kapazitätselement 140 angelegt, welches eine elektrische Ladung speichert, wenn das erste Schaltelement 110 eingeschaltet wird.
Das heißt, wenn das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet wird, fließt kein Strom von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT über die induktive Last L. Der Verbindungspunkt (das heißt der Anschluss BT) zwischen der induktiven Last L und dem ersten Schaltelement 110 weist ein elektrisches Potential auf, das sich von einem Wert in dem Zustand unterscheidet (in 5 höher ist), in dem das erste Schaltelement 110 eingeschaltet ist. Jedoch ändert sich, da ein Ende des ersten Kapazitätselements 140 mit dem Anschluss Tb verbunden ist, das elektrische Potential des Anschlusses Tb auf die gleiche Weise wie das des Anschlusses Tb.
Zum Beispiel bewirkt in der Ansteuervorrichtung, die in 5 gezeigt ist, das elektrische Potential des Anschlusses Tb eine Änderung ΔV_Tb als Reaktion auf einen Übergang des ersten Schaltelements 110 von dem eingeschalteten Zustand zu dem ausgeschalteten Zustand. In diesem Fall kann das elektrische Potential V_Td des Anschlusses Tb durch eine Gleichung V_Td = V_BT – Vf + ΔV_Tb ausgedrückt werden. Der Spannungsabfall Vf, der zwischen beiden Enden des Gleichrichterelements 150 während des Ladevorgangs des ersten Kapazitätselements 140 bewirkt wird, ist verglichen mit der Energieversorgungsspannung V_Tb sehr klein. Die Änderung ΔV_Tb ist im Wesentlichen gleich der Energieversorgungsspannung V_BT. Demgemäß kann das elektrische Potential V_Tb des Anschlusses Td grob durch eine Gleichung V_Td = 2V_BT ausgedrückt werden. Daher wird das elektrische Potential des Anschlusses Td als Reaktion auf das Schalten des ersten Schaltelements 110 von ein zu aus bis zu einem Pegel erhöht, der im Wesentlichen identisch zu dem Zweifachen des Potentials der positiven Elektrode der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist.
In der Ansteuervorrichtung, die in 5 gezeigt ist, muss, um den MOSFET 130 einzuschalten, das Gate-Potential des MOSFET 130 auf einen Pegel erhöht werden, der um einen Wert, der äquivalent zu einer Schwellwertspannung des MOSFET 130 ist, höher als das Potential des Anschlusses Tb ist. Weiterhin gibt es, um den MOSFET von einem Zustand einzuschalten, in dem das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet ist, um den Stromflusspfad B auszubilden, der das Gleichrichterelement 120 beinhaltet, eine Notwendigkeit eines Erhöhens des Potentials des Steueranschlusses (das heißt des Gates) des MOSFET 130 auf einen Pegel, der um einen Wert, der gleich oder größer als die Schwellwertspannung des MOSFET 130 ist, höher als das Potential der positiven Elektrode der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist.
Daher schaltet die vorliegende Erfindung den MOSFET 130 unter Verwendung einer elektrischen Ladung ein, die in dem ersten Kapazitätselement 140 gespeichert ist. Das heißt, wenn das erste Schaltelement 110 eingeschaltet wird, wird das erste Kapazitätselement 140 von der Energieversorgungsquelle BT geladen. Die elektrische Ladung, die in dem ersten Kapazitätselement 140 gespeichert ist, wird von dem Anschluss Td als eine Ausgangsspannung des ersten Kapazitätselements 140 zugeführt. Die Spannung des Anschlusses Td wird über das zweite Schaltelement 160 an den Steueranschluss (das heißt das Gate) des MOSFET 130 angelegt. Daher wird der MOSFET 130 eingeschaltet. Als Ergebnis wird das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet. Wenn der Laststrom entlang des Stromflusspfads B fließt, der das Gleichrichterelement 120 beinhaltet, kann eine Spannung, die zwischen beiden Enden des Gleichrichterelements 120 erzeugt wird, stark verringert werden. Dies ist wirkungsvoll, um eine Wärmeerzeugung von dem Gleichrichterelement 120 zu unterdrücken.
Weiterhin beinhaltet diese Ansteuervorrichtung ein Entladeelement 170, welches den MOSFET 130 ausschaltet. Genauer gesagt wird, wenn das zweite Ansteuersignal S2 nicht von dem Anschluss T2 eingegeben wird, das zweite Schaltelement 160 ausgeschaltet. In diesem Zustand entlädt das Entladeelement 170 eine elektrische Ladung, die zwischen dem Steueranschluss und den jeweiligen Ausgangsanschlüssen des MOSFET 130 gespeichert ist. Die elektrische Ladung des MOSFET 130 wird durch Anlegen der zuvor beschriebenen Spannung des Anschlusses Tb während eines eingeschalteten Zustands des zweiten Schaltelements 160 gespeichert.
Das Entladeelement 170 weist eine Funktion eines Verhinderns eines Stroms von der positiven Elektrode der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT über den MOSFET 130 und das erste Schaltelement 110 zu der negativen Elektrode auf. Das heißt, das Entladeelement 170 deaktiviert schnell den MOSFET 130, sobald das zweite Ansteuersignal S2 nicht zugeführt wird. Wenn das erste Ansteuersignal S1 später eingegeben wird, um das erste Schaltelement 110 einzuschalten, werden sowohl der MOSFET 130 als auch das erste Schaltelement 110 gleichzeitig eingeschaltet.
Danach fließt, wenn das erste Ansteuersignal S1 eingegeben wird, um das erste Schaltelement 110 einzuschalten, der Laststrom entlang des Stromflusspfads A, der sich von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT zu der induktiven Last L ausdehnt. Daher wird das erste Kapazitätselement 140 über das Gleichrichterelement 150 erneut geladen.
Wie es in der vorhergehenden Beschreibung erläutert worden ist, beinhaltet die Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last, die in 5 gezeigt ist, das Gleichrichterelement 120. Der Laststrom fließt durch die elektromagnetische Energie der induktiven Last L, die während eines ausgeschalteten Zustands des ersten Schaltelements 110 gespeichert wird, über das Gleichrichterelement 120. Das Gleichrichterelement 120 ist zu dem MOSFET 130 parallel geschaltet. Wenn das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet wird, kann der MOSFET 130 durch Eingeben des zweiten Ansteuersignals S2 von dem Anschluss T2 zu dem Steueranschluss des MOSFET 130 eingeschaltet werden.
Gemäß der Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last, die in 5 gezeigt ist, werden das erste Ansteuersignal S1 und das zweite Ansteuersignal S2 abwechselnd von den Anschlüssen T1 und T2 zu den Steueranschlüssen des ersten Schaltelements 110 und des zweiten Schaltelements 160 eingegeben, um abwechselnd das erste Schaltelement 110 und das zweite Schaltelement 160 zu aktivieren. Wenn das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet wird, fließt der Ladestrom entlang des Stromflusspfads B. Jedoch wird die Spannung, die zwischen beiden Anschlüssen des Gleichrichterelements 120 erzeugt wird, stark von dem MOSFET 130 verringert. Daher wird es möglich, die Wärmeerzeugung von dem Gleichrichterelement 120 zu unterdrücken. Dies ermöglicht es, das Gleichrichterelement 120 in eine IC-Einheit einzuschließen.
Die Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last, die in 5 gezeigt wird, verwendet den MOSFET 130 zum Verringern der Spannung zwischen den beiden Enden des Gleichrichterelements 120, wenn der Laststrom über das Gleichrichterelement 120 fließt. Der Grund, warum der MOSFET 130 verwendet wird, ist, dass es, wenn ein Bipolartransistor verwendet wird, eine Notwendigkeit eines Erhöhens einer Chipfläche des Bipolartransistors zum Erzielen einer ausreichenden Strommenge gibt, die über den Bipolartransistor fließt. Ein Verwenden des MOSFET 130 ist wirkungsvoll, um die Spannung zwischen beiden Enden des Gleichrichterelements 120 zu verringern und die Wärmeerzeugung von dem Gleichrichterelement 120 zu unterdrücken. Deshalb kann die Ansteuervorrichtung einfach in eine IC-Einheit eingeschlossen werden.
Weiterhin führt, um den MOSFET 130 einzuschalten, wenn das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet wird, das zweite Schaltelement 160 eine Spannung dem Steueranschluss (das heisst dem Gate) des MOSFET 130 zu. Diese Spannung wird von einem ersten Kapazitätselement 140 erzielt, welches über das Gleichrichterelement 150 zu der Energieversorgungsspannung V_BT aufgeladen wird, wenn das erste Schaltelement 110 eingeschaltet wird. Demgemäß ist keine Verstärkungs-(das heißt Spannungserhöhungs)-Schaltung zum Erhöhen der Energieversorgungsspannung V_BT erforderlich, um den MOSFET 130 einzuschalten. Dies vereinfacht bedeutsam die Schaltungsanordnung.
Gemäß der Ansteuervorrichtung, die in 5 gezeigt ist, ist der MOSFET 130 parallel zu dem Gleichrichterelement 120 geschaltet. Jedoch ist eine Parasitärdiode zwischen Ausgangsanschlüssen (das heißt Source/Drain) des MOSFET 130 ausgebildet, wenn der MOSFET 130 hergestellt wird. Deshalb ist es bevorzugt, diese Parasitärdiode als die Gleichrichtereinrichtung 120 zu verwenden. Keine besondere Gleichrichtereinrichtung ist als das Gleichrichterelement 120 erforderlich.
Weiterhin ändert sich das elektrische Potential des Anschlusses Td stark abhängig von dem Ein/Ausschalten des ersten Schaltelements 110. Es gibt eine Möglichkeit, dass das zweite Schaltelement 160 aufgrund der Potentialänderung an dem Anschluss Td ein Fehlverhalten aufweisen kann. Um ein derartiges Fehlverhalten zu beseitigen, ist es bevorzugt, ein zweites Kapazitätselement vorzusehen, das ein erstes Ende, das mit dem Verbindungspunkt (das heißt dem Anschluss Td) zwischen dem Gleichrichterelement 150 und dem ersten Kapazitätselement 140 verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das mit dem Steueranschluss (das heißt T2) des zweiten Schaltelements 160 verbunden ist. Das zweite Kapazitätselement absorbiert die Potentialänderung an dem Anschluss Td und verhindert deshalb, dass das zweite Schaltelement 160 aufgrund der Potentialänderung an dem Verbindungspunkt zwischen dem Gleichrichterelement 150 und dem ersten Kapazitätselement 140 ein Fehlverhalten aufweist.
Das Entladeelement 170 weist eine Funktion eines schnellen Ausschaltens des MOSFET 130 synchron zu dem Ausschalten des zweiten Schaltelements 160 als Reaktion auf keine Eingabe des zweiten Ansteuersignals S2 auf. Dies verhindert, dass sowohl der MOSFET 130 als auch das erste Schaltelement 110 gleichzeitig eingeschaltet werden. Zum Beispiel ist es bevorzugt, ein drittes Schaltelement in einem Stromentladungspfad vorzusehen, der sich von dem Steueranschluss des MOSFET 130 (das heißt einem Pfad von dem Steueranschluss MOSFET 130 zu dem Anschluss Td in 5) ausdehnt. Das dritte Schaltelement wird durch eine Ansteuereinrichtung eingeschaltet, wenn das zweite Ansteuersignal S2 gestoppt wird.
Dies ermöglicht es, schnell die elektrische Ladung, die in dem MOSFET 130 gespeichert ist, über das dritte Schaltelement zu entladen. Die Ausschaltgeschwindigkeit des MOSFET 130 wird erhöht. Dies verringert eine Möglichkeit, dass ein Strom von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT zu dem MOSFET 130 und dem ersten Schaltelement 110 fließt.
Wenn die Energieversorgung zu der induktiven Last L durch die Ansteuervorrichtung gesteuert wird, wie in 5 gezeigt ist, werden das erste Ansteuersignal S1 und das zweite Ansteuersignal S2 abwechselnd von den Anschlüssen T1 und T2 in die Steueranschlüsse des ersten Schaltelements 110 bzw. des zweiten Schaltelements 160 eingegeben. Um dieses Energieversorgungssteuern zu realisieren, muss das Steuersystem sowohl das erste Ansteuersignal S1 als auch das zweite Ansteuersignal S2 erzeugen. Ein herkömmliches Steuersystem kann nicht direkt verwendet werden.
Gemäß der Ansteuervorrichtung, die in 5 gezeigt ist, ist es bevorzugt, einen Ansteuersignalgenerator vorzusehen, welcher das erste Ansteuersignal und das zweite Ansteuersignal abwechselnd zu vorbestimmten Zeitintervallen als Reaktion auf das Steuersignal erzeugt, die zum Öffnen und Schließen des Energieversorgungspfads zu der induktiven Last L eingegeben werden. Diese Anordnung ermöglicht es, direkt das herkömmliche Steuersystem zu verwenden, da eine Funktion, die an dem Steuersystem erforderlich ist, lediglich ein Erzeugen des Steuersignals ist, das ein Ein/Ausschalten des ersten Schaltelements 110 anweist.
Der Grund, warum der Ansteuersignalgenerator das vorbestimmte Zeitintervall zwischen den Erzeugungsvorgängen des ersten Ansteuersignals S1 und des zweiten Ansteuersignals S2 vorsieht, ist wie folgt. Das erste Ansteuersignal S1 wird zum Einschalten des ersten Schaltelements 110 erzeugt, während das zweite Ansteuersignal S2 zum Einschalten des zweiten Schaltelements 160 erzeugt wird. Wenn diese Ansteuersignale S1 und S2 abwechselnd als Reaktion auf das Steuersignal ohne irgendein Zeitintervall zwischen ihnen erzeugt werden, gibt es eine Möglichkeit, das der MOSFET 130 eingeschaltet werden kann, bevor das erste Schaltelement 110 vollständig von Ein zu Aus geschaltet worden ist. Im Gegensatz dazu kann das erste Steuerelement 110 eingeschaltet werden, bevor der MOSFET 130 nicht vollständig von Ein zu Aus geschaltet worden ist. Ein Vorsehen eines zweckmäßigen Zeitintervalls zwischen den Erzeugungsvorgängen des ersten Ansteuersignals S1 und des zweiten Ansteuersignals S2 ist wirkungsvoll, um derartige Probleme zu beseitigen. Es wird möglich, sicher das gleichzeitige Aktivieren des MOSFET 130 und des ersten Schaltelements zu verhindern.
Zum Beispiel kann der Ansteuersignalgenerator eine Lade/Entladeschaltung zum Laden und Entladen des dritten Kapazitätselements gemäß dem Steuersignal aufweisen. Ein Paar von Vergleichsschaltungen ist zum Vergleichen der Spannungen an beiden Enden des dritten Kapazitätselements mit den ersten und zweiten Referenzspannungen, die zueinander unterschiedlich sind, vorgesehen.
Die Ansteuervorrichtung, die in 5 gezeigt ist, wendet einen n-Kanal-MOSFET als den MOSFET 130 an, der mit dem Gleichrichterelement 120 verbunden ist. Dies ist so, da das erste Schaltelement 110 als ein sogenannter Schalter einer niedrigeren Seite vorgesehen ist, der zwischen der induktiven Last L und der negativen Elektrode der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT vorgesehen ist.
6 zeigt eine Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last, die mit der Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last vergleichbar ist, die in 5 gezeigt ist, aber an einem sogenannten Schalter einer höheren Seite anwendbar ist. Gemäß der Ansteuervorrichtung, die in 6 gezeigt ist, ist das erste Schaltelement 110 zwischen der induktiven Last L und der positiven Elektrode der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT vorgesehen. Ein p-Kanal-MOSFET wird als der MOSFET 130 verwendet. Die Ansteuervorrichtung, die in 6 gezeigt ist, weist im Wesentlichen die gleichen Funktionen und Effekte wie diejenigen der Ansteuervorrichtung auf, die in
5 gezeigt ist. Daher kann die vorliegende Erfindung an beiden der Schalter einer niedrigeren Seite und einer höheren Seite angewendet werden.
In der Ansteuervorrichtung, die in 6 gezeigt ist, in der das erste Schaltelement 110 als ein Schaltelement einer höheren Seite vorgesehen ist, wird das erste Kapazitätselement 140 auf eine derartige Weise geladen, dass ein elektrisches Potential des Anschlusses Td niedriger als ein elektrisches Potential des Anschlusses Tb wird. Wenn das erste Schaltelement 110 ausgeschaltet wird, wird das elektrische Potential des Anschlusses Td um einen Wert, der gleich dem Zweifachen der Energieversorgungsquellenspannung VBT ist, zu einem Pegel verringert, der niedriger als das Potential der positiven Elektrode (Tc) der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist. Dieses negative Potential wird über das zweite Schaltelement 160 an den Steueranschluss (das heisst das Gate) des MOSFET 130 angelegt, um dadurch den MOSFET 130 einzuschalten.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 7, 8A und 8B erläutert.
Wie es in 7 gezeigt ist, ist ein n-Kanal-MOSFET 112 (hier im weiteren Verlauf als FET 112 abgekürzt) als das erste Schaltelement (das heißt ein Schalter einer niedrigeren Seite) vorgesehen, das ein Ende aufweist, das über den Anschluss Tb mit der induktiven Last L verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das über. den Anschluss Tc mit der negativen Elektrode der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT verbunden ist. Ein n-Kanal-MOSFET 132 (hier im weiteren Verlauf als FET 132 abgekürzt) ist zwischen den Anschlüssen Ta und Tb vorgesehen. Der Anschluss Ta ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der induktiven Last und der positiven Elektrode der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle verbunden. Wenn der FET 112 ausgeschaltet wird, bildet der FET 132 einen Stromflusspfad B derart aus, dass ein Strom durch eine positive höhere Spannung des Anschlusses Tb über die induktive Last L fließt. Die positive höhere Spannung des Anschlusses Tb wird erzeugt, wenn ein Energieversorgungspfad (das heißt ein Stromflusspfad A) zu der induktiven Last L geöffnet wird.
Der FET 132, der dem zuvor beschriebenen MOSFET 130 entspricht, weist einen Ausgangsanschluss (das heißt einen Drain), der mit dem Anschluss Ta verbunden ist, und den anderen Ausgangsanschluss (das heißt eine Source) auf, die mit dem Anschluss Tb verbunden ist. Eine Parasitärdiode (nicht gezeigt), die zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen des FET 132 ausgebildet ist, lässt zu, dass ein Strom in einer Richtung von der Source zu dem Drain fließt. Demgemäß verwendet dieses Ausführungsbeispiel diese Parasitärdiode als das zuvor beschriebene Gleichrichterelement 120.
Ein Kondensator 142, der als das zuvor beschriebene erste Kapazitätselement dient, ist zwischen den Anschlüssen Td und Tb angeschlossen. Eine Diode 152, die als das zuvor beschriebene Gleichrichterelement 150 dient, ist zwischen den Anschlüssen Tb und Ta vorgesehen. Eine Anode der Diode 152 ist mit dem Anschluss Ta verbunden, während eine Kathode der Diode 152 mit dem Anschluss Tb verbunden ist. Daher begrenzt die Diode 152 den Strom, um in einer Durchlassrichtung von dem Anschluss Ta zu dem Anschluss Td zu fließen.
Weiterhin weist die Ansteuervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels einen PNP-Transistor 162 auf, der als das zuvor beschriebene zweite Schaltelement dient. Ein Emitter (das heißt ein Ausgangsanschluss) des PNP-Transistors 162 ist mit dem Anschluss Td verbunden. Ein Kollektor (das heißt der andere Ausgangsanschluss) des PNP-Transistors 162 ist über eine Diode 164 mit einem Gate des FET 132 verbunden. Eine Anode der Diode 164 ist mit dem Kollektor des PNP-Transistors 162 verbunden. Eine Kathode der Diode 164 ist mit dem Gate des FET 132 verbunden. Daher lässt die Diode 164 zu, dass ein Strom in einer Richtung von dem PNP-Transistor 162 zu dem Gate des FET 132 fließt. Ein Kondensator 166, der als das zuvor beschriebene zweite Kapazitätselement dient, ist zwischen den Emitter- und Basis-Anschlüssen des PNP-Transistors 162 vorgesehen.
Weiterhin ist der Drain des FET 132 mit einem Kollektor des NPN-Transistors 172 verbunden. Ein Emitter des NPN-Transistors 172 ist mit dem Anschluss Tc verbunden. Der NPN-Transistor 172 dient als das zuvor beschriebene Entladeelement 170, welches die elektrische Ladung, die in dem Kondensator zwischen den Gate- und Drain-Anschlüssen des FET 132 gespeichert ist, entlädt, wenn der FET 132 eingeschaltet wird, um den FET 132 schnell auszuschalten.
Weiterhin weist die Ansteuervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels eine Ansteuerschaltung TR zum Ein- und Ausschalten des NPN-Transistors 172 und PNP-Transistors 162 als Reaktion auf das Ansteuersignal (das heißt das zweite Ansteuersignal S2) auf, das von dem Anschluss T2 eingegeben wird.
Die Ansteuerschaltung TR weist einen NPN-Transistor 174 auf, der eine Basis, die mit dem Anschluss T2 verbunden ist, einen Kollektor, der über eine Impedanz T2 mit dem Anschluss Ta verbunden ist, und einen Emitter aufweist, der mit dem Anschluss Tc verbunden ist. Eine Impedanz Z4 ist zwischen dem Kollektor des NPN-Transistors 174 und einer Basis des NPN-Transistors 172 angeschlossen. Der Kollektor des NPN-Transistors 174 ist über eine Impedanz Z6 mit einer Basis eines NPN-Transistors 176 verbunden. Ein Emitter des NPN-Transistors 176 ist mit dem Anschluss Tc verbunden. Ein Kollektor des NPN-Transistors 176 ist über eine Impedanz Z8 mit dem Anschluss Ta verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors 176 ist mit einer Basis des NPN-Transistors 178 verbunden. Ein Emitter des NPN-Transistors 176 ist mit dem Anschluss Tc verbunden. Ein Kollektor des NPN-Transistors 176 ist über eine Impedanz Z10 mit der Basis des PNP-Transistors 162 verbunden. Jede der zuvor beschriebenen Impedanzen, die durch eine Konstantstromquelle oder einen Widerstand gebildet sind, weist eine Funktion eines Begrenzens eines Stroms auf, der über jeden Transistor fließt.
In der zuvor beschriebenen Ansteuerschaltung DR ist die positive Elektrode der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle mit dem Anschluss Ta verbunden. Die negative Elektrode der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle ist mit dem Anschluss Tb verbunden. Ein Signal, das von dem Anschluss T2 eingegeben wird, ist ein Signal eines hohen Pegels (das heißt ein zweites Ansteuersignal S2), das ein elektrisches Potential aufweist, das höher als das Potential einer negativen Elektrode (das heißt ein Massepotential) der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT ist. Als Reaktion auf das eingegebene Signal eines hohen Pegels wird der NPN-Transistor 174 eingeschaltet. Das Basis-Potential des NPN-Transistors 172 wird das Massepotential. Daher wird der NPN-Transistor 172 eingeschaltet. In diesem Zustand wird der NPN-Transistor 176 ausgeschaltet, während der NPN-Transistor 178 eingeschaltet wird. Als Ergebnis weist der PNP-Transistor 162, der als das zweite Schaltelement dient, den Basis-Strom auf, der über den NPN-Transistor 178 fließt. Daher wird der PNP-Transistor 162 eingeschaltet.
Andererseits wird, wenn das zweite Ansteuersignal S2 gestoppt wird (das heißt ein elektrisches Potential des Anschlusses T2 ist ein niedriger Pegel) der NPN-Transistor 174 ausgeschaltet. Der NPN-Transistor 176 wird eingeschaltet. Der NPN-Transistor 178 wird ausgeschaltet. Der Basis-Strom des PNP-Transistors 162 wird gestoppt. Daher wird der PNP-Transistor 162 ausgeschaltet. In diesem Zustand weist der Kollektor des NPN-Transistors 174 ein Potential eines hohen Pegels auf. Daher wird der NPN-Transistor 172 eingeschaltet.
Weiterhin ist das Gate des FET 112, der als das erste Schaltelement dient, mit dem Anschluss T1 verbunden. In diesem Zustand wird der FET 112 als Reaktion auf ein Ansteuersignal eines hohen Pegels (das heißt ein erstes Ansteuersignal S1), das von dem Anschluss T1 eingegeben wird, eingeschaltet. Dieses Ansteuersignal S1 eines hohen Pegels weist ein elektrisches Potential auf, das um einen Wert, der gleich oder größer als die Schwellwertspannung des FET 112 ist, höher als das Massepotential ist. Wenn das erste Ansteuersignal S2, das von dem Anschluss T1 eingegeben wird, ein Signal eines niedrigen Pegels ist, wird der FET 112 ausgeschaltet.
Demgemäß werden, wie es in 7 gezeigt ist, Ansteuersignale S1 und S2, die entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, abwechselnd mit vorbestimmten Zeitintervallen von den Anschlüssen T1 bzw. T2 eingegeben. Das Vorsehen der vorbestimmten Zeitintervalle ist wirkungsvoll, um zu verhindern, dass die Ansteuersignale T1 und T2 gleichzeitig hohe Pegel werden. Daher werden der FET 112 und der PNP-Transistor 162 an den vorbestimmten Zeitintervallen abwechselnd eingeschaltet. Das Schalten des NPN-Transistors 172 ist zu dem des PNP-Transistors synchronisiert. Der Ein/Aus-Zustand des PNP-Transistors 162 ist entgegengesetzt zu dem Ein/Aus-Zustand des PNP-Transistors 162.
Die Ansteuervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels weist alle Komponenten auf, die in 5 gezeigt sind. Wenn der FET 112 als Reaktion auf die Ansteuersignale S1 und S2 eingeschaltet wird, fließt der Laststrom der induktiven Last L von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT entlang des Stromflusspfads. In diesem Zustand wird der Kondensator 142 bis zu der Energieversorgungsspannung V_BT aufgeladen. Wenn der FET 112 ausgeschaltet wird, fließt der Strom entlang des Stromflusspfads B über die induktive Last L. In diesem Zustand wird der FET 132 durch das elektrische Potential des Anschlusses Td eingeschaltet. Dies verringert stark eine Spannung zwischen den beiden Enden des Gleichrichterelements 120, das durch die Parasitärdiode des FET 132 gebildet ist. Daher unterdrückt die Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last dieses Ausführungsbeispiels eine Wärmeerzeugung in dem Stromflusspfad B.
Weiterhin ist der Kondensator 166 zwischen den Basis- und Emitter-Anschlüssen des PNP-Transistors 162 vorgesehen, der als das zweite Schaltelement dient. Dies verhindert, dass der PNP-Transistor 162 aufgrund einer Potentialänderung des Anschlusses Td, die gemäß dem Ein/Aus-Betrieb des FET 112 auftritt, ein Fehlverhalten aufweist. Die Zuverlässigkeit der Ansteuervorrichtung ist erhöht.
Insbesondere ist die Diode 164 zwischen dem PNP-Transistor 162 und dem Gate des FET 132 vorgesehen. Dies verhindert, dass der FET 132 fehlerhaft ausgeschaltet wird. Wenn die Diode 164 nicht vorgesehen ist, wird ein Strom als Reaktion auf den Basis-Strom des PNP-Transistors 162 von dem Gate des FET 132 zu dem PNP-Transistor 162 fließen. Dies schaltet den FET 132 möglicherweise aus. Ein derartiges Problem wird auftreten, wenn das zweite Schaltelement durch einen Bipolartransistor gebildet ist. Daher kann die Ansteuervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels diese Art von Problemen lösen und die Zuverlässigkeit erhöhen.
8A zeigt eine Ansteuersignal-Erzeugungsschaltung, die als der zuvor beschriebene Ansteuersignalgenerator dient. Die Ansteuersignal-Erzeugungsschaltung empfängt ein Steuersignal S, das von dem Steuersystem zum Aktivieren und Deaktivieren des FET 112 zugeführt wird. Das erste Ansteuersignal S1 und das zweite Ansteuersignal S2 werden als Reaktion auf das Steuersignal SO erzeugt.
Eine detaillierte Anordnung der Ansteuersignal-Erzeugungsschaltung wird unter Bezugnahme auf 8A erläutert. Die Ansteuersignal-Erzeugungsschaltung weist ein Paar von Konstantstromquellen 180 und 182 auf, welche Konstantströme i1 bzw. i2 zuführen, wenn eine Konstantspannung Vcc gegeben ist. Der Konstantstrom i1, der von der Konstantstromquelle 180 zugeführt wird, ist größer als der Konstantstrom i2, der von der Konstantstromquelle 182 zugeführt wird (das heißt i1 > i2).
Ein Paar von NPN-Transistoren 184 und 186 ist in einem Stromflusspfad vorgesehen, der sich von der Konstantstromquelle 180 ausdehnt. Jeder der NPN-Transistoren 184 und 186 weist einen Kollektor, der mit der Konstantstromquelle 180 verbunden ist, und einen Emitter auf, der mit einem Anschluss Tb verbunden ist, welcher ein Massepotential der Ansteuervorrichtung aufweist. Ein NPN-Transistor 188 ist in einem Stromflusspfad vorgesehen, der sich von der Konstantstromquelle 182 ausdehnt. Der NPN-Transistor 188 weist einen Kollektor, der mit der Konstantstromquelle 182 verbunden ist, und einen Emitter auf, der mit dem Anschluss Td verbunden ist. Ein Kondensator 190, der als das dritte Kapazitätselement dient, ist mit dem NPN-Transistor 188 zwischen den Kollektor- und Emitter-Anschlüssen von diesem parallel geschaltet.
Eine Basis des NPN-Transistors 184 ist mit einem Eingangsanschluss Ti verbunden, welchem das Steuersignal S0 von dem Steuersystem zugeführt wird. Eine Basis des NPN-Transistors 186 ist mit dem Kollektor des gleichen NPN-Transistors 186 verbunden und ist ebenso mit einer Basis des NPN-Transistors 188 verbunden. Kurz gesagt bilden die NPN-Transistoren 186 und 188 betrieblich eine Stromspiegelschaltung.
8B zeigt ein Zeitablaufsdiagramm, das einen Betrieb der Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last erläutert, die in 7 gezeigt ist. Wenn ein Steuersignal SO eines hohen Pegels von dem Eingangsanschluss Ti eingegeben wird, wird der NPN-Transistor 184 eingeschaltet. Der Konstantstrom i1 fließt über den NPN-Transistor 184. Beide der NPN-Transistoren 186 und 188 werden ausgeschaltet. Der Kondensator 190 wird durch den Konstantstrom i2 geladen. Eine Spannung V90 zwischen beiden Enden des Kondensators 190 erhöht sich mit einem konstanten Gradienten und erreicht die Konstantspannung Vcc.
Andererseits wird, wenn das Steuersignal SO ein Signal eines niedrigen Pegels ist, der NPN-Transistor 184 ausgeschaltet. Der Konstantstrom i1 fließt über den NPN-Transistor 186. Der gleiche Strom i1 fließt über den NPN-Transistor 188. Jedoch weist die Konstantstromquelle 182 keine Fähigkeit eines Zuführens des Stroms i1 zu dem NPN-Transistor 188 auf, da der Strom i2, der von der Konstantstromquelle 182 zugeführt wird, kleiner als der Strom i1 ist. Daher wird der Mangel des Stroms (das heißt i1-i2) von dem Kondensator 190 zugeführt. Als Ergebnis wird der Kondensator 190 mit einem Konstantstrom "i1-i2" entladen, bis die Spannung V90 zwischen beiden Enden des Kondensators 190 zu dem Massepotential verringert ist.
Weiterhin weist die Ansteuersignal-Erzeugungsschaltung ein Paar von Komparatoren 192 und 194 auf. Der Komparator 192 vergleicht die Spannung V90 des Kondensators 190 mit einer ersten Referenzspannung Vref1. Der Komparator 194 vergleicht die Spannung V90 mit einer zweiten Referenzspannung Vref2. Die erste Referenzspannung Vref1 und die zweite Referenzspannung Vref2 werden durch Teilen der Konstantspannung Vcc erzeugt. Die erste Referenzspannung Vref1 ist kleiner als die zweite Referenzspannung Vref2 (Vref1 < Vref2). Der Komparator 192 erzeugt ein Signal eines niedrigen Pegels, wenn die Spannung V90 des Kondensators 190 größer als die erste Referenzspannung Vref1 ist, und erzeugt ein Signal eines hohen Pegels, wenn die Spannung V90 gleich oder kleiner als die erste Referenzspannung Vref1 ist. Der Komparator 194 erzeugt ein Signal eines hohen Pegels, wenn die Spannung V90 des Kondensators 190 größer als die zweite Referenzspannung Vref2 ist, und erzeugt ein Signal eines niedrigen Pegels, wenn die Spannung V90 gleich oder kleiner als die zweite Referenzspannung Vref2 ist.
Daher erzeugen die Komparatoren 192 und 194 zwei Arten von Signalen, die als Reaktion auf den Spannungspegel des Steuersignals S0 abwechselnd zwischen den hohen und niedrigen Pegeln geändert werden. Nachdem sich ein Signal von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel geändert hat, ändert sich das andere Signal von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung, die durch einen Gradienten der Spannung V90 bestimmt ist. Ausgangssignale dieser Komparatoren 192 und 194 werden den Anschlüssen T1 und T2 als das erste Ansteuersignal S1 bzw. das zweite Ansteuersignal S2 zugeführt. Daher wird es möglich, einen normalen Betrieb der Ansteuervorrichtung, die in 7 gezeigt ist, zu realisieren, ohne die FETs 112 und 132 gleichzeitig einzuschalten.
Viertes Ausführungsbeispiel
Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel kann verschieden abgeändert werden.
9 zeigt ein abgeändertes Ausführungsbeispiel, welches sich von dem zuvor beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass das zweite Schaltelement und das Ladeschaltelement verwendet, die durch Bipolartransistoren gebildet sind. Das heißt, die Ansteuervorrichtung, die in 9 gezeigt ist, weist einen p-Kanal-MOSFET 163 (hier im weiteren Verlauf als FET 163 abgekürzt) als das zweite Schaltelement und einen n-Kanal-MOSFET 173 (als FET 173 abgekürzt) als das Entladeschaltelement auf. Gemäß diesem abgeänderten Ausführungsbeispiel kann die Ansteuerschaltung durch ledigliches Verwenden von MOSFET-Elementen gebildet sein. Dies ist beim Realisieren einer IC-Einheit der Ansteuervorrichtung vorteilhaft, da das Herstellen unter Verwendung eines einzelnen Verfahrens von MOS vereinfacht werden kann.
In der Ansteuervorrichtung, die in 9 gezeigt ist, weist der FET 163, der als das zweite Schaltelement dient, eine Source, die mit dem Anschluss Tb verbunden ist, und einen Drain auf, der mit dem Gate des FET 132 verbunden ist. Andererseits weist der FET 173, der als das Entladeschaltelement dient, einen Drain, der mit dem Gate des FET 132 verbunden ist, und eine Source auf, die mit dem Anschluss Tc verbunden ist. Weiterhin weist die Ansteuerschaltung DR insgesamt drei n-Kanal-MOSFET-Elemente 175, 177 und 179 (als FET 175, FET 177 und FET 179 abgekürzt) und insgesamt drei Impedanzelemente Z1, Z3 und Z5 auf. Genauer gesagt weist der FET 175 ein Gate, das mit dem Anschluss T2 verbunden ist, eine Source, die mit dem Anschluss Tc verbunden ist, und einen Drain auf, der über das Impedanzelement Z1 mit dem Anschluss Ta verbunden ist. Der Drain des FET 175 ist weiterhin mit dem Gate des FET 173 verbunden. Andererseits weist der FET 177 ein Gate, das mit dem Drain des FET 175 verbunden ist, eine Source, die mit dem Anschluss Tc verbunden ist, und einen Drain auf, der über das Impedanzelement Z3 mit dem Anschluss Ta verbunden ist. Der FET 179 weist ein Gate, das mit dem Drain des FET 177 verbunden ist, eine Source, die mit dem Anschluss Tc verbunden ist, und einen Drain auf, die über das Impedanzelement Z5 mit dem Gate des FET 163 verbunden ist.
Gemäß der zuvor beschriebenen abgeänderten Ansteuervorrichtung, die in 9 gezeigt ist, wird, wenn ein zweites Ansteuersignal S2 eines hohen Pegels von dem Anschluss T2 eingegeben wird, der FET 175 eingeschaltet. Der FET 177 wird ausgeschaltet und der FET 179 wird eingeschaltet. Der FET 163 wird eingeschaltet und der FET 173 wird ausgeschaltet. Im Gegensatz dazu wird, wenn das zweite Ansteuersignal S2 zu einem Signal eines niedrigen Pegels geändert wird, der FET 175 ausgeschaltet. Der FET 177 wird eingeschaltet und der FET 179 wird ausgeschaltet. Der FET 163 wird ausgeschaltet und der FET 173 wird eingeschaltet. Demgemäß arbeitet die Ansteuervorrichtung, die in 9 gezeigt ist, auf die gleiche Weise wie die Ansteuervorrichtung, die in 7 gezeigt ist.
Ein Kapazitätswert Cf des Kondensators 172 wird bestimmt, um die folgende Bedingung zu erfüllen. (Cf × VBT)/(Cf + Cox) ≥ VTH wobei C_ox eine Gate-Kapazität des FET 132 darstellt, V_BT eine Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle BT darstellt und V_TH eine Schwellwertspannung des FET 132 darstellt.
Weiterhin ist es, um den Einschaltbetrieb des FET 132 sicherzustellen, bevorzugt, dass der Kapazitätswert Cf des Kondensators 142 kleiner als die Gate-Kapazität C_ox des FET 132 ist (das heißt Cf ≥ C_ox).
Die vorliegenden Ausführungsbeispiele, wie sie beschrieben worden sind, sind als lediglich darstellend und nicht beschränkend gedacht, da der Umfang der Erfindung durch die beiliegenden Ansprüche anstatt durch die Beschreibung definiert ist, die diesen vorangeht. Alle Änderungen, die innerhalb der Grenzen der Ansprüche fallen, sind deshalb als durch die Ansprüche umfasst gedacht.

Claims

Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last, die aufweist: ein in einem sich von einer Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle (BT) zu einer induktiven Last (L) ausdehnenden Energieversorgungspfad vorgesehenes erstes Schaltelement (2) zum Öffnen oder Schließen des Energieversorgungspfads in Übereinstimmung mit einem ersten Ansteuersignal (S1); eine Klemmeinrichtung (4) zum Verhindern, dass eine zwischen offenen Enden des Energieversorgungspfads anliegende Spannung eine erste Klemmspannung überschreitet, wenn der Energieversorgungspfad als Reaktion auf ein Ausschalten des ersten Schaltelements geöffnet wird; einen Stromflusspfad, der zu der induktiven Last parallel geschaltet ist; ein zweites Schaltelement (6) zum öffnen oder Schließen des Stromflusspfads als Reaktion auf ein zweites Ansteuersignal (S2); und eine Gleichrichtereinrichtung (8) zum Zulassen, dass ein Strom entlang des Stromflusspfads fließt, durch eine Spannung, die an einem Ende (Tb) der induktiven Last erzeugt wird, welche an der gleichen Seite wie das erste Schaltelement (2) vorgesehen ist, als Reaktion auf das Ausschalten des ersten Schaltelements, wenn das zweite Schaltelement (6) eingeschaltet wird, um die zwischen den offenen Enden des Energieversorgungspfads anliegende Spannung von der ersten Klemmspannung zu einer zweiten Klemmspannung zu ändern, die niedriger als die erste Klemmspannung ist, wobei das zweite Schaltelement (6) und die Gleichrichtereinrichtung (8) in dem Stromflusspfad vorgesehen sind; dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (6) durch einen MOSFET gebildet ist, der einen Drain, der mit dem einen Ende (Tb) der induktiven Last verbunden ist, welche an der gleichen Seite wie das erste Schaltelement (2) vorgesehen ist, und eine Source aufweist, die über die Gleichrichtereinrichtung (8) mit dem anderen Ende (Ta) der induktiven Last verbunden ist; und eine Ladeeinrichtung (10) zum Zulassen, dass ein Strom in ein Gate des MOSFET fließt, wenn das zweite Ansteuersignal (S2) ein Spannungssignal zum Aktivieren des MOSFET ist, und Laden eines Kondensators, der zwischen dem Drain und dem Gate ausgebildet ist, und/oder eines Kondensators vorgesehen ist, der zwischen der Source und dem Gate des MOSFET ausgebildet ist, wenn das erste Schaltelement eingeschaltet wird.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach Anspruch 1, die weiterhin eine mit dem Steueranschluss des MOSFET verbundene Entladeeinrichtung (12) zum Entladen einer in dem Kondensator des MOSFET gespeicherten elektrischen Ladung aufweist, wenn das zweite Ansteuersignal ein Spannungssignal zum Deaktivieren des MOSFET ist.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Schaltelement und die Klemmeinrichtung in ein einziges Schaltelement integriert sind.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Schaltelement in einem Energieversorgungspfad vorgesehen ist, der sich von der induktiven Last zu einer Seite (Tc) einer niedrigeren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle ausdehnt, und das zweite Schaltelement ein n-Kanal-MOSFET ist (1A).
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Schaltelement in einem Energieversorgungspfad vorgesehen ist, der sich von der induktiven Last zu einer Seite (Tc) einer höheren Spannung der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle ausdehnt, und das zweite Schaltelement ein p-Kanal-MOSFET ist (1B).
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ladeeinrichtung ein Gleichrichterelement (D32) ist, das zwischen einem Eingangsanschluss (T2) des zweiten Ansteuersignals und dem Steueranschluss des MOSFET vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ladeeinrichtung ein drittes Schaltelement aufweist, das zwischen der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle und dem Steueranschluss des MOSFET vorgesehen ist, und ein Strom in einer vorbestimmten Richtung über das dritte Schaltelement fließt, wenn das zweite Ansteuersignal ein Spannungssignal zum Aktivieren des MOSFET ist.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last, die aufweist: ein in einem sich von einer Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle (BT) zu einer induktiven Last (L) ausdehnenden Energieversorgungspfad vorgesehenes erstes Schaltelement (110) zum Öffnen oder Schließen des Energieversorgungspfads in Übereinstimmung mit einem ersten Ansteuersignal (S1); und ein zu der induktiven Last parallel geschaltetes Gleichrichterelement (120) zum Zulassen, dass ein Strom über die induktive Last fließt, durch eine Spannung, die an einem Ende (Tb) der induktiven Last erzeugt wird, welche an der gleichen Seite wie das erste Schaltelement (2) vorgesehen ist, wobei die Spannung erzeugt wird, wenn eine Energieversorgung zu der induktiven Last als Reaktion auf ein Ausschalten eines Betriebs des ersten Schaltelements gestoppt wird; gekennzeichnet durch einen MOSFET (130), der ein Paar von Ausgangsanschlüssen aufweist, die mit beiden Seiten des Gleichrichterelements verbunden sind; ein erstes kapazitives Element (140) zum Speichern einer elektrischen Ladung, wobei ein Ende des ersten kapazitiven Elements mit dem einen Ende (Tb) der induktiven Last verbunden ist, welche an der gleichen Seite wie das erste Schaltelement vorgesehen ist; eine Gleichrichtereinrichtung (150) zum Zulassen, dass ein Strom zum Laden des ersten kapazitiven Elements in eine vorbestimmte Richtung fließt, durch eine Spannung, die von der Gleichgrößen-Energieversorgungsquelle angelegt wird, wenn das erste Schaltelement eingeschaltet wird, wobei ein Ende der Gleichrichtereinrichtung mit dem anderen Anschluss der Gleichrichtereinrichtung verbunden ist und der andere Anschluss der Gleichrichtereinrichtung mit dem anderen Ende (Tb) der induktiven Last verbunden ist; ein zweites Schaltelement (160) zum Einschalten des MOSFET durch Anlegen einer Spannung an einen Steueranschluss des MOSFET von einem Verbindungspunkt (Td) zwischen dem ersten kapazitiven Element und der Gleichrichtereinrichtung, wobei das zweite Schaltelement als Reaktion auf ein zweites Ansteuersignal, das in einen Steueranschluss eingegeben wird, wenn das erste Schaltelement ausgeschaltet wird, eingeschaltet wird, wobei der eine Ausgangsanschluss des zweiten Schaltelements mit dem Verbindungspunkt (Td) zwischen dem ersten kapazitiven Element und der Gleichrichtereinrichtung verbunden ist, wobei der andere Ausgangsanschluss des zweiten Schaltelements mit dem Steueranschluss des MOSFET verbunden ist; und eine Entladeeinrichtung (170) zum Aussschalten des MOSFET durch Entladen einer elektrischen Ladung des MOSFET, wenn das zweite Schaltelement als Reaktion auf ein Stoppen des zweiten Ansteuersignals ausgeschaltet wird, wobei die elektrische Ladung durch Anlegen der Spannung während eines eingeschalteten Zustands des zweiten Schaltelements zwischen dem Steueranschluss und dem Ausgangsanschluss des MOSFET gespeichert worden ist.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach Anspruch 8, wobei das Gleichrichterelement durch eine parasitäre Diode gebildet wird, die zwischen den Ausgangsanschlüssen des MOSFET ausgebildet ist, wenn der MOSFET hergestellt wird.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach Anspruch 8 oder 9, die weiterhin ein zweites kapazitives Element (166) aufweist, das ein Ende, das mit dem Verbindungspunkt (Td) zwischen der Gleichrichtereinrichtung und dem ersten kapazitiven Element verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das mit dem Steueranschluss des zweiten Schaltelements verbunden ist, um zu verhindern, dass das zweite Schaltelement aufgrund einer Potentialänderung des Verbindungspunkts zwischen der Gleichrichtereinrichtung und dem ersten Schaltelement fehlerhaft arbeitet.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Entladeeinrichtung ein drittes Schaltelement (172), das in einem Entladepfad der elektrischen ladung vorgesehen ist, und eine Ansteuereinrichtung (DR) zum Bewirken aufweist, dass sich der dritte Schalter einschaltet, um die elektrische Ladung zu entladen, wenn das zweite Ansteuersignal gestoppt wird.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach einem der Ansprüche 8 bis 11, die weiterhin eine Ansteuersignal-Erzeugungseinrichtung (8A) zum abwechselnden Erzeugen des ersten Ansteuersignals und des zweiten Ansteuersignals mit vorbestimmten Zeitverzögerungen als Reaktion auf ein Steuersignal aufweist, das zum Öffnen und Schließen das Energieversorgungspfads zu der induktiven Last eingegeben wird.
Vorrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last nach Anspruch 12, wobei die Ansteuersignal-Erzeugungseinrichtung eine Lade/Entladeschaltung (180 bis 188) zum Laden und Entladen eines dritten kapazitiven Elements in Übereinstimmung mit dem Steuersignal und ein Paar von Komparatoren (192, 194) zum Vergleichen einer Spannung des dritten kapazitiven Elements mit einer ersten Referenzspannung und einer zweiten Referenzspannung aufweist, die zueinander unterschiedlich sind, um dadurch abwechselnd das erste Ansteuersignal und das zweite Ansteuersignal als R eaktion auf das Steuersignal zu erzeugen.