DE102006061183B4

DE102006061183B4 - Energieversorgungssteuerung

Info

Publication number: DE102006061183B4
Application number: DE102006061183A
Authority: DE
Inventors: Seiji Takahashi; Masayuki Kato
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2026-12-23
Also published as: US7848071B2; DE102006061183A1; US20070146951A1; JP2007174490A; JP4773822B2

Abstract

Energieversorgungssteuerung (10), die aufweist: ein Schaltelement (14), das elektrisch zwischen eine Energiequelle (12) und eine Last (11) geschaltet ist und die Zufuhr von Energie von der Energiequelle (12) zu der Last (11) ein- und ausschaltet, eine Anomalieerfassungsschaltung, die in der Lage ist, ein abnormes Stromsignal (OC, FC) auszugeben, wenn ein Laststrom (IL), der durch das Schaltelement (14) fließt, eine vorbestimmte Stromschwelle überschreitet, eine Energieversorgungsschaltung (23), die ein Potential (GND2) erzeugt, das um eine vorbestimmte Spannung kleiner als ein Energieversorgungspotential (Vcc) der Energieversorgungsschaltung (23) ist, und das Potential (GND2) einer Steuerlogikeinheit (27) zuführt, wobei die Steuerlogikeinheit (27) aktiviert wird, wenn ihr das erzeugte Potential (GND2) zugeführt wird, wobei die Steuerlogikeinheit (27) enthält: eine Halteschaltung (73), die kontinuierlich ein Ausschalt-Signal (S6) ausgibt, um zu bewirken, dass das Schaltelement (14) einen Ausschalt-Betrieb durchführt, wenn sie das abnorme Stromsignal (FC) während einer...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungssteuerung.
HINTERGRUND
Energieversorgungssteuerungen wurden vorgesehen, bei denen ein Halbleiterschaltelement für eine hohe Leistung, beispielsweise ein Leistungs-MOSFET, auf einem Leitungskanal zwischen einer Energiequelle und einer Last vorgesehen ist, und eine Energieversorgung bzw. -zufuhr zur Last durch Einschalten und Ausschalten des Schaltelements gesteuert wird. Derartige Energieversorgungssteuerungen, die eine Selbstschutzfunktion aufweisen, sind bekannt. Die Selbstschutzfunktion steuert das elektrische Potential eines Steueranschlusses des Schaltelements und schaltet das Schaltelement aus, wenn ein Überstrom durch einen Leitungskanal fließt, wodurch das Schaltelement selbst geschützt wird. Insbesondere wird bei einer Selbstschutzfunktion wie z. B. derjenigen, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-217696 beschrieben ist, ein Stromerfassungswiderstand mit einem Lastanschluss (beispielsweise der Source oder dem Drain eines MOSFETs) in Serie geschaltet, ein Laststrom, der durch das Schaltelement fließt, wird auf der Grundlage eines Spannungsabfalls an einem Widerstand erfasst, und wenn der Laststrom eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, wird bestimmt, dass ein Überstrom aufgetreten ist. Eine Abschaltung bzw. Ausschaltung eines elektrischen Stromes auf der Grundlage der Selbstschutzfunktion ist derart ausgelegt, dass das Schaltelement automatisch in den Einschaltzustand nach Ablauf einer vorbestimmten Nach-Ausschaltzeitdauer zurückkehrt. Dieses erfolgt deshalb, da diese Funktion vorgesehen ist, um ein Überhitzen des Schaltelements selbst zu vermeiden, und als solches verringert eine Wärmesenke, die für diesen Zweck vorgesehen ist, die Temperatur des Schaltelementes schnell, nachdem der abnorme Strom ausgeschaltet wird.
Das Dokument JP 2004-248093 A beschreibt eine Energieversorgungssteuerung, die aufweist: ein Schaltelement, das elektrisch zwischen eine Energiequelle und eine Last geschaltet ist und die Zufuhr von Energie von der Energiequelle zu der Last ein- und ausschaltet; eine Anomalieerfassungsschaltung, die in der Lage ist, ein abnormes Signal auszugeben, wenn ein Laststrom, der durch das Schaltelement fließt, eine vorbestimmte Stromschwelle überschreitet; eine Energieversorgungsschaltung, die eine konstante Spannung erzeugt und die konstante Spannung einer Steuerlogikeinheit (Eingangsschaltung und Schutzschaltung) zuführt, wobei die Steuerlogikeinheit aktiviert wird, wenn ihr die konstante Spannung zugeführt wird; und wobei die Steuerlogikeinheit eine Halteschaltung enthält, die kontinuierlich ein Ausschalt-Signal ausgibt, um zu bewirken, dass das Schaltelement einen Ausschalt-Betrieb durchführt, wenn sie das abnorme Signal empfängt. Weiterhin sind Stromunterbrechungsschaltelemente vorgesehen, die durch einen Steuerausgang einer Eingangsschaltung betrieben werden. Wenn sich der Betriebsschalter in einem Aus-Zustand befindet, gibt die Eingangsschaltung keine Gatespannung an die Stromunterbrechungsschaltelemente aus, und somit befinden sich die Stromunterbrechungsschaltelemente in einem Aus-Zustand. Dementsprechend wird die Energie einer Schutzschaltung, einer Gatetreiberschaltung, einer Überstromerfassungsschaltung, einer Überhitzungserfassungsschaltung und einer Stromsteuerschaltung ausgeschaltet, um einen Dunkelstrom zu unterbrechen.
ZUSAMMENFASSUNG
Wenn ein Überstromproblem für eine lange Zeitdauer fortdauert und das Schaltelement wiederholt mehr als eine bestimmte Anzahl von Male aufgrund der Selbstschutzfunktion ein- und ausgeschaltet wird, kann das Schaltelement defekt werden. Um einen derartigen Defekt zu verhindern, sollte das Schaltelement in dem ausgeschalteten Zustand gehalten werden, wenn ein abnormer Strom für eine lange Zeitdauer andauert. Wenn eine Steuerschaltung, die einen derartigen Betrieb durchführt, in einer Energieversorgungssteuerung vorzusehen ist, ist es wünschenswert, dass eine Energieversorgungsschaltung vorgesehen wird, um eine konstante Spannung zu erzeugen und zuzuführen, um zu bewirken, dass die Steuerschaltung stabil betrieben wird.
Wenn die Energieversorgungsschaltung auf stetiger Basis leitend gehalten wird, kann ein Leckstrom von einer externen Energiequelle wie z. B. einer Batterie fließen. Um dieses zu verhindern ist es wünschenswert, dass die Energieversorgungsschaltung aus dem leitenden Zustand gebracht wird, wenn ein Aus-Signal zum Ausschalten des Schaltelements von einer externen Quelle eingegeben wird.
Wenn jedoch das Aus-Signal von der externen Quelle eingegeben wird, nachdem das Schaltelement in den Ausschalt-Halte-Zustand eintritt, bringt die oben beschriebene Anordnung die Energieversorgungsschaltung aus dem leitenden Zustand, und demzufolge wird der Betrieb der Steuerschaltung zu diesem Zeitpunkt angehalten, was das Schaltelement aus dem Aus-Halte-Zustand bringt. Daher besteht ein Problem bei dieser Anordnung darin, dass, wenn ein Ein-Signal kurz danach eingegeben wird, das Schaltelement sogar obwohl die abnorme Bedingung (bei der das Schaltelement in dem Aus-Zustand gehalten werden sollte) andauert, in den leitenden Zustand zurückkehrt.
Einige Energieversorgungssteuerungen steuern ein Schaltelement entsprechend einem Ein-Aus-Signal (beispielsweise einem PWM-Signal), um dieses ein- und auszuschalten, das aus abwechselnden Ein- und Aus-Signalen besteht, die von einer externen Quelle eingegeben werden. Ein Problem bei dieser Anordnung bestehet darin, dass, da eine Energieversorgungsschaltung jedes Mal aus dem leitenden Zustand gebracht wird, wenn das Aus-Signal eingegeben wird, das Schaltelement daher nicht in dem Ausschalt-Halte-Zustand gehalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung entstand unter Berücksichtigung dieser Umstände, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu verhindern, dass ein Schaltelement aus dem Ausschalt-Halte-Zustand gebracht wird, wenn ein Aus-Signal eingegeben wird, während ein Leckstrom verhindert wird.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Eine Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Schaltelement, das in einem Leitungskanal von einer Energieversorgung zu einer Last vorgesehen ist, eine Anomalieerfassungsschaltung, die ein abnormes Signal ausgibt, eine Energieversorgungsschaltung, die eine konstante Spannung erzeugt, eine Halteschaltung, die aktiviert wird, indem ihr die konstante Spannung, die durch die Energieversorgungsschaltung erzeugt wird, zugeführt wird, ein Ausschalt-Signal ausgibt, um zu bewirken, dass das Schaltelement einen Ausschalt-Betrieb auf der Grundlage des abnormen Signals durchführt, und den Ausgangszustand des abnormen Signals hält. Die vorliegende Erfindung kann weiterhin eine Ausgabeschaltung enthalten, die, wenn ein Zustand, bei dem ein erstes Aus-Signal von einer externen Quelle eingegeben wird, während einer Referenzwartezeitdauer nach dem Halten des Ausgangszustands andauert, ein zweites Aus-Signal ausgibt, und eine elektrische Leitungsschaltung, die die Energieversorgungsschaltung in einen leitenden Zustand als Antwort auf ein Ein-Signal von einer externen Quelle bringt und die Energieversorgungsschaltung aus dem leitenden Zustand bringt, wenn das zweite Aus-Signal ausgegeben wird.
Erfindungsgemäß wird die Energieversorgungsschaltung aus dem leitenden Zustand gebracht, wenn ein erstes Aus-Signal (beispielsweise ein Signal zum Anweisen, eine Energieversorgungsschaltung aus dem leitenden Zustand zu bringen) von einer externen Quelle während einer Referenzwartezeitdauer nach einer Zeit, während der ein Ausschalt-Signal weiterhin ausgegeben wird, empfangen wird. Somit wird die Energieversorgungsschaltung zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Aus-Signal empfangen wird, nachdem der Ausgabezustand gehalten wird, nicht aus dem leitenden Zustand gebracht, sondern statt dessen wird die Energieversorgungsschaltung im leitenden Zustand gehalten, und das Schaltelement kann in dem Ausschalt-Zustand gehalten werden, wenn der Aus-Signal-Eingabezustand während der Referenzwartezeitdauer nicht andauert. Wenn andererseits der Aus-Signal-Eingabezustand während der Referenzwartezeitdauer andauert, wird die Energieversorgungsschaltung aus dem leitenden Zustand gebracht, und daher kann ein Leckstrom verhindert werden.
Die Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben wurde, beinhaltet vorzugsweise eine Normalzeitakkumulationsschaltung gemäß Anspruch 6.
Mit dieser Konfiguration wird die Energieversorgungsschaltung im leitenden Zustand gehalten, wenn sie ein Ein-Signal innerhalb der Referenznormalzeitdauer empfängt, nachdem sie ein Aus-Signal während des Akkumulationsbetriebes durch die Anomaliezeitakkumulationsschaltung empfangen hat. Somit kann verhindert werden, dass der Betrag der Zeit, der durch die Anomaliezeitakkumulationsschaltung akkumuliert wird, zurückgesetzt wird.
Die Anomaliezeitakkumulationsschaltung in der oben beschriebenen Konfiguration löscht vorzugsweise den akkumulierten Betrag der Anomaliezeit, wenn das Lösch-Signal von der Normalzeitakkumulationsschaltung ausgegeben wird, bevor der Ausgabezustand gehalten wird. Bei dieser Konfiguration wird die Akkumulation des Betrags der Anomaliezeit gestartet, wenn ein Laststrom, der durch einen Leitungskanal fließt (oder die Temperatur des Leitungskanals) beispielsweise eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Wenn der Betrag der Anomaliezeit die Referenzanomaliezeit erreicht, wird das Schaltelement ausgeschaltet. Andererseits wird zumindest, wenn der Normalzustand, bei dem ein abnormes Signal ausgegeben wird, die Referenznormalzeit lang andauert, der Betrag der Zeit, die durch die Anomaliezeitakkumulationszeitschaltung bis zu dem Zeitpunkt akkumuliert wird, gelöscht (der Stromakkumulationsbetrag der Zeit wird auf seinen Anfangswert zurückgesetzt oder auf einen Wert näher bei dem Anfangswert als der Stromakkumulationsbetrag der Zeit), um zu verhindern, dass ein Halbleiterschalter ausgeschaltet wird. Somit kann nicht nur ein kontinuierlicher abnormer Strom, sondern ebenfalls ein kurzer Prellkurzschluss (der ein abnormer Strom ist, der intermittierend in Intervallen auftritt, die kürzer als die Normalreferenzzeitperioden sind) erfasst werden, um eine externe Schaltung (Last und/oder Draht) zu schützen. Gemäß dieser Konfiguration kann ein Löschsignal von der Normalzeitakkumulationsschaltung, die für die Funktion zum Schützen einer derartigen externen Schaltung (Schmelzfunktion) verwendet wird, verwendet werden, um das Leiten einer Energieversorgungsschaltung zu steuern.
Die Referenznormalzeit in der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise auf eine längere Zeit als die Ausschalt-Zeit, während der das Schaltelement nach jeder Eingabe des Aus-Signals des Ein-Aus-Signals ausgeschaltet verbleibt, eingestellt. Bei dieser Konfiguration kann verhindert werden, dass ein Schaltelement in einer Schaltung, bei der das Schaltelement entsprechend einem Ein-Aus-Signal (beispielsweise einem PWM-Signal), das von einer externen Quelle eingegeben wird und zwischen Ein- und Aus-Signalen wechselt, ein- und ausgeschaltet wird, als Antwort auf die Eingabe des Aus-Signals aus einem Ausschalt-Halte-Zustand gebracht wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Erfindungsgemäße beispielhafte Aspekte werden genauer mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, die zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Energieversorgungssteuerung gemäß einem beispielhaften Aspekt der Erfindung zeigt,
2 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Eingabeschnittstelle,
3 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Interne-Masse-Generators,
4 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Stromspiegeleinheit, eines Schwellenspannungsgenerators und eines Abnorm-Überstrom-Detektors,
5 eine Grafik zum Darstellen der eingestellten Pegel von ersten und zweiten Anomalieschwellenströmen,
6 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Steuerlogikeinheit,
7 eine Tabelle, die die Zuordnung zwischen Zählwerten eines Schmelzzeitzählers und Bit-Signalen zeigt,
8 ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Gate-Ansteuerung zeigt,
9 einen Graphen einer Gate-Spannung über einer Zeit während einer Ladeperiode,
10 einen Graphen einer Gate-Spannung über einer Zeit während einer Entladeperiode,
11 ein Zeitdiagramm eines Steuersignals, das ein konstantes Spannungssignal niedrigen Pegels ist, das durch eine Energieversorgungssteuerung empfangen wird, und
12 ein Zeitdiagramm eines Steuersignals, das ein PWM-Signal ist, das durch eine Energieversorgungssteuerung empfangen wird.
GENAUE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird mit Bezug auf die 1 bis 12 beschreiben.
Konfiguration der Energieversorgungssteuerung
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Energieversorgungssteuerung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Energieversorgungssteuerung 10 ist in einem Fahrzeug, das nicht gezeigt ist, vorgesehen und steuert die Energieversorgung bzw. -zufuhr von einer fahrzeuginternen Energiequelle (im folgenden als die ”Energiequelle 12” bezeichnet) zu einer Last 11. Die Last 11 kann eine Fahrzeuglampe, ein Kühlungslüftermotor, ein Entfeuchtungsheizgerät oder ähnliches sein. Der Ausdruck ”Last”, wie er in der folgenden Beschreibung verwendet wird, meint eine Vorrichtung unter der Steuerung der Energieversorgungssteuerung 10 ausschließlich einem Draht 30 zwischen der Energieversorgungssteuerung 10 und der Vorrichtung unter Steuerung. Der Ausdruck ”externe Schaltung”, wie er hier verwendet wird, meint eine Schaltung einschließlich der Last 11 und des Drahts 30.
Insbesondere beinhaltet die Energieversorgungssteuerung 10 einen Leistungs-MOSFET 14 (ein Beispiel eines ”Schaltelements” und ”Leistungs-FET”), der in einem Leitungskanal 13 von einer Energieversorgung 12 zu einer Last 11 vorgesehen ist. Die Energieversorgungssteuerung 10 stellt ein Steuersignal S1 wie z. B. ein Konstantspannungssignal oder ein PWM-Steuersignal (Pulsbreitenmodulationssignal) dem Gate des Leistungs-MOSFET 14 bereit, um den MOSFET 14 ein- und auszuschalten, wodurch die Energieversorgung der Last 11 gesteuert wird, die zum Ausgang des Leistungs-MOSFET 14 geleitet wird. In dieser Ausführungsform weist die Energieversorgungssteuerung 10 einen Eingangsanschluss P1 auf, der mit einem externen Betriebs- bzw. Betätigungsschalter 15 verbunden ist. Wenn der Schalter 15 eingeschaltet wird, wird die Energieversorgungssteuerung 10 aktiviert. Insbesondere ist der Eingangsanschluss P1 mit dem Betätigungsschalter 15 durch einen Widerstand 15a verbunden, und ein Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 15a und dem Betätigungsschalter 15 ist mit der Energiequelle 12 durch einen Widerstand 15b verbunden. Der Eingangsanschluss P1 wird auf eine Energieversorgungsspannung Vcc heraufgezogen, wenn der Betätigungsschalter 15 ausgeschaltet ist.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Energieversorgungssteuerung 10 als eine Halbleiterschaltvorrichtung 17 implementiert (Halbleitervorrichtung), die den Eingangsanschluss P1, einen Energieversorgungsanschluss P2 (Vcc) und einen Abgriffsanschluss (Tab) P3, die mit der Energiequelle 12 verbunden sind, einen Lastverbindungsanschluss P4, der mit der Last 11 verbunden ist, einen externen Anschluss P5, der mit einer Masse (GND) durch einen externen Widerstand 16 verbunden ist, der eine Strom-Spannungs-Wandlerschaltung ist, einen Masseanschluss P6, der direkt mit der Masse (GND) verbunden ist, und einen Diagnoseausgangsanschluss P7 enthält. In diesem beispielhaften Aspekt sind der Leistungs-MOSFET 14, ein Erfassungs-MOSFET bzw. Sensor-MOSFET 18 (ein Beispiel eines ”Stromerfassungselements” und ”Erfassungs-FET”), der später beschrieben wird, und ein Temperatursensor 19 (beispielsweise eine Diode), der ein Temperaturerfassungselement ist, in einem Chip integriert, d. h. einem Leistungs-Chip 20, der dann in einen Steuer-Chip 21 integriert wird.
In dem Leistungs-Chip 20 sind mehrere MOSFETs, deren Drain-Anschlüsse gemeinsam mit dem Abgriffsanschluss P3 verbunden sind, angeordnet, von denen die meisten einen Leistungs-MOSFET 14 bilden und deren Source-Anschlüsse gemeinsam mit einem Leistungs-FET-Eingang 51a einer Stromspiegeleinheit 51 verbunden sind, die später beschreiben wird, und der Lastverbindungsanschluss P4 und der Rest der MOSFETs bilden einen Erfassungs-MOSFET 18, dessen Source-Anschlüsse gemeinsam mit einem Erfassungs-FET-Eingang 51b der Stromspiegeleinheit 51 verbunden sind. Das Verhältnis der Anzahl der MOSFETs, die den Leistungs-MOSFET 14 bilden, zur Anzahl der MOSFETs, die den Erfassungs-MOSFET 18 bilden, ist näherungsweise gleich dem Erfassungsverhältnis.
Auf dem Steuer-Chip 21 sind eine Eingangsschnittstelle 22, ein Interne-Masse-Generator 23, ein Stromdetektor 24, ein Überhitzungsdetektor 25, ein Diagnoseausgangsabschnitt 26, eine Steuerlogikeinheit 27, die als eine Überstromschutzschaltung und als eine Überhitzungsschutzschaltung dient, und eine Gate-Ansteuerung 28 vorgesehen.
Eingangsschnittstelle
Der Eingang der Eingangsschnittstelle 22 ist mit dem Eingangsanschluss P1 verbunden. Wenn der Betätigungsschalter 15 ausgeschaltet ist, wird ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels eingegeben; wenn der Betätigungsschalter 15 eingeschaltet ist, wird ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels eingegeben. Das Steuersignal S1 wird dem Interne-Masse-Generator 23 und der Steuerlogikeinheit 27 bereitgestellt. Wie es später beschrieben wird, steuert die Energieversorgungssteuerung 10 die Gate-Ansteuerung 28 zum Einschalten des Leistungs-MOSFET 14 als Antwort auf das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels in einem normalen Zustand, bei dem weder ein abnormer Strom noch eine abnorme Temperatur erzeugt werden. Andererseits steuert die Energieversorgungssteuerung 10 als Antwort auf das Steuersignal S1 des hohen Pegels die Gate-Ansteuerung 28 zum Ausschalten des Leistungs-MOSFET 14, um diesen in den Ausschalt-Zustand zu versetzen. Dementsprechend ist das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels ein Beispiel für ein ”Ein-Signal”, das Steuersignal S1 des hohen Pegels ist ein Beispiel für ein ”(erstes) Aus-Signal” und die Gate-Ansteuerung 28 dient als eine ”Steuerschaltung”.
Insbesondere sind in der Eingangsschnittstelle 22 zwei Dioden 31, deren Kathoden an der Seite hohen Potentials positioniert sind, in Serie zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und der internen Masse GND1 (0 < GND1 < Vcc) geschaltet, und der Eingangsanschluss P1 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen diesen durch einen Widerstand 32 verbunden, wie es in 2 gezeigt ist. Parallel zur Diode 31 auf der Seite hohen Potentials ist ein FET 33 geschaltet, dessen Gate und Source miteinander kurzgeschlossen sind. Wenn das Steuersignal S1 des hohen Pegels in den Eingangsanschluss P1 eingegeben wird, wird der Eingangsanschluss P1 auf die Energieversorgungsspannung Vcc heraufgezogen, und es wird ein Signal eines hohen Pegels (als das Steuersignal S1 des hohen Pegels in dem vorliegenden beispielhaften Aspekt aus Vereinfachungsgründen bezeichnet), das dem Steuersignal S1 des hohen Pegels entspricht, durch einen Hysterese-Vergleicher 34 und eine Inverterschaltung 35 ausgegeben. Wenn andererseits das Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels in den Eingangsanschluss P1 eingegeben wird, fließt ein konstanter Strom von dem FET 33 zum Eingangsanschluss P1 durch den Widerstand 32, und ein Signal eines niedrigen Pegels (aus Vereinfachungsgründen in dem beispielhaften Aspekt als das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels bezeichnet), das dem Steuersignal S1 des niedrigen Pegels entspricht, wird durch den Hysterese-Vergleicher 34 und die Inverterschaltung 35 ausgegeben.
Wenn ein Steuersignal S1 mit einer negativen Spannung (< GND1) in den Eingangsanschluss P1 eingegeben wird, fließt ein Strom von der internen Masse G1 zum Eingangsanschluss P1 durch die Diode 31 (auf der Seite niedrigen Potentials) und den Widerstand 32, und es wird ein Steuersignal S1 des niedrigen Pegels ausgegeben. Wie es in 1 gezeigt ist, ist eine Diode 36, deren Kathode an der Seite hohen Potentials positioniert ist, mit einem Widerstand 37 in Serie zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und den Masseanschluss P6 geschaltet, und der Verbindungspunkt zwischen diesen ist die interne Masse GND1. Bei dieser Konfiguration kann ein Strom, der durch den Schaltkreis der Energieversorgungssteuerung 10 fließt, durch die Diode 36 derart gesteuert werden, dass er einen vorbestimmten Pegel sogar dann nicht überschreitet, wenn der Masseanschluss P6 versehentlich mit der Energieversorgungsspannung Vcc verbunden ist.
Interne-Masse-Generator
Der Interne-Masse-Generator 23 (beispielsweise die ”Energieversorgungsschaltung”) ist leitend und erzeugt eine interne Masse GND2, die um einen vorbestimmten Spannungsbetrag niedriger als die Energieversorgungsspannung Vcc ist, während der Interne-Masse-Generator 23 eines aus dem Steuersignal S1 des niedrigen Pegels (Ein-Signal) von der Eingangsschnittstelle 22 und dem Signal S2 des niedrigen Pegels, das von einem Löschzähler 72 (der Zustand, bei dem der Löschzähler 72 nicht überfließt) ausgegeben wird, empfängt, was später beschrieben wird. Mit anderen Worten verbleibt der Interne-Masse-Generator 23 leitend und fährt fort, die interne Masse GND2 zu erzeugen, so lange wie er das Ausgangssignal S2 des niedrigen Pegels von dem Löschzähler 72 empfängt, und zwar sogar dann, wenn er das Steuersignal S1 des hohen Pegels (Aus-Signal) von der Eingangsschnittstelle 22 empfängt. Eine konstante Spannung, die gleich der Energieversorgungsspannung Vcc abzüglich der internen Masse GND2 ist, wird der Steuerlogikeinheit 27 zugeführt, um die Steuerlogikeinheit 27 in einen Betriebszustand zu versetzen.
Insbesondere enthält der Interne-Masse-Generator 23 einen FET 41, der ein Schaltelement ist, das als Antwort auf das Steuersignal des niedrigen Pegels S1 eingeschaltet wird, und einen FET 42, der ein Schaltelement ist, das als Antwort auf das Ausgangssignal S2 des niedrigen Pegels eingeschaltet wird, wie es in 3 gezeigt ist. Die Ausgänge dieser FETs 41, 42 sind mit einem Steueranschluss eines anderen FET 43 verbunden, der ein Schaltelement ist. Der Eingang (Drain) des FET 43 ist mit dem Energieversorgungsanschluss P2 durch eine Zener-Diode 44 verbunden, und der Ausgang (Source) ist mit dem Masseanschluss P6 durch den Widerstand 37 verbunden. Dementsprechend dienen die FETs 41 und 42 als ”elektrische Leitungsschaltungen”.
Wenn das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels oder das Ausgangssignal S2 des niedrigen Pegels in den Interne-Masse-Generator 23 eingegeben wird, schaltet sich der FET 43 ein, um den Interne-Masse-Generator 23 leitend zu machen, und der Interne-Masse-Generator 23 erzeugt die interne Masse GND2, die um einen Betrag niedriger als die Energieversorgungsspannung Vcc ist, der gleich einer Zener-Spannung der Zener-Diode 44 ist, die der Steuerlogikeinheit 27 durch einen Operationsverstärker 45 in Spannungsfolgeverbindung bereitgestellt wird. In dieser Ausführungsform ist ein FET 46, dessen Source und Gate kurzgeschlossen sind, in dem Leitungskanal mit der Zener-Diode 44 und dem FET 43 verbunden, so dass ein konstanter Strom durch die Zener-Diode 44 fließt, während der FET 43 eingeschaltet ist, wodurch die interne Masse GND2 weiter stabilisiert wird.
Stromdetektor
Der Stromdetektor 24 beinhaltet eine Stromspiegeleinheit 51, einen Schwellenspannungsgenerator 52 und einen Abnorm-Überstrom-Detektor 53, wie es in 1 gezeigt ist. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Schaltkreises einschließlich der Stromspiegeleinheit 51, dem Schwellenspannungsgenerator 52 und dem Abnorm-Strom-Detektor 53. Einige der anderen Schaltungskomponenten sind in der 4 weggelassen.
a. Stromspiegeleinheit
Die Stromspiegeleinheit 51 enthält eine Potentialsteuerschaltung 54 zum Aufrechterhalten der Ausgangspotentiale (Source-Potentiale) des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 auf einem identischen Pegel, und zwei Stromspiegelschaltungen 55.
Die Potentialsteuerschaltung 54 enthält einen Operationsverstärker 56 mit zwei Eingangsanschlüssen, mit denen der Leistungs-FET-Eingang 51a (die Source des Leistungs-MOSFET 14) und der Erfassungs-FET-Eingang 51b (die Source des Erfassungs-MOSFET 18) verbunden sind, und einen FET 57, der ein Schaltelement ist, das zwischen dem Erfassungs-FET-Eingang 51b und dem externen Anschluss P5 geschaltet ist und einen Steueranschluss aufweist, dem ein Ausgang des Operationsverstärkers 56 bereitgestellt wird. Insbesondere ist der Leistungs-FET-Eingang 51a mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 56 verbunden, und der Erfassungs-FET-Eingang 51b ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 56 verbunden. Der Differenzausgang des Operationsverstärkers 56 wird über das/den Gate-Drain des FET 57 in den nicht invertierenden Eingang zurückgeführt.
Durch Zurückführen des Differenzausgangs des Operationsverstärkers 56 tritt ein imaginärer Kurzschluss auf, bei dem die Potentiale des invertierenden und des nicht invertierenden Eingangs des Operationsverstärkers 56 näherungsweise gleich sind. Demzufolge werden das Potential des Drain des Leistungs-MOSFET 14 und desjenigen des Erfassungs-MOSFET 18 identisch, und die Potentiale von deren Source-Anschlüssen werden ebenfalls zueinander identisch. Daher kann ein Erfassungsstrom Is (ein Beispiel eines ”Erfassungssignals von dem Stromerfassungselement”) mit einem stabilen konstanten Verhältnis zum Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 fließt (das oben erwähnte Erfassungsverhältnis), durch den Erfassungs-MOSFET 18 fließen.
Der Erfassungsstrom Is von der Potentialsteuerschaltung 54 fließt zum externen Widerstand 16 durch die beiden Stromspiegelschaltungen 55 und den externen Anschluss P5. Die Anschlussspannung Vo am externen Anschluss P5 ändert sich entsprechend dem Erfassungsstrom Is.
b. Abnorm-Überstrom-Detektor
Der Abnorm-Strom-Detektor 53 (ein Beispiel einer ”Anomalieerfassungsschaltung” und ”Leitungserfassungsschaltung”) beinhaltet mehrere (in dem vorliegenden beispielhaften Aspekt zwei) Vergleicher 58, 59 (Hysterese-Vergleicher in dem vorliegenden beispielhaften Aspekt). Die Anschlussspannung Vo am externen Anschluss P5 wird an einem der Eingangsanschlüsse des Vergleichers 58 und einen der Eingangsanschlüsse des Vergleichers 59 angelegt.
Der Vergleicher 58 empfängt an dem anderen Eingangsanschluss eine erste Anomalieschwellenspannung Voc von dem Schwellenspannungsgenerator 52, und gibt, wenn die Anschlussspannung Vo die erste Anomalieschwellenspannung Voc überschreitet, ein erstes Abnorm-Strom-Signal OC eines niedrigen Pegels (ein Beispiel eines ”abnormen Signals”) an die Steuerlogikeinheit 27 aus. Im Folgenden wird ein Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 zum Zeitpunkt des abnormen Stromes, bei dem die Anschlussspannung Vo die erste Anomalieschwellenspannung Voc erreicht, fließt, als ein ”erster Anomalieschwellenstrom ILoc” bezeichnet, und der abnorme Strom kann als ein ”Überstrom” bezeichnet werden.
Der Vergleicher 59 empfängt an dem anderen Eingangsanschluss eine zweite Anomalieschwellenspannung Vfc (< Voc) von dem Schwellenspannungsgenerator 52, und gibt, wenn die Anschlussspannung Vo die zweite Anomalieschwellenspannung Vfc überschreitet, ein zweites Abnorm-Strom-Signal eines niedrigen Pegels FC (ein Beispiel für das ”abnorme Signal” und das ”Leitungserfassungssignal”) an die Steuerlogikeinheit 27 aus. Im Folgenden wird der Laststrom IL, der durch den Leistungs-MOSFET 14 zum Zeitpunkt des abnormen Stromes, bei dem die Anschlussspannung Vo die zweite Anomalieschwellenspannung Vfc erreicht, fließt, als ”zweite Anomalieschwellenspannung ILfc” bezeichnet, und der abnorme Strom wird als ein ”Schmelzstrom (fuse current)” bezeichnet.
c. Schwellenspannungsgenerator
Der Schwellenspannungsgenerator 52 (ein Beispiel einer ”Schwellenänderungsschaltung”) beinhaltet eine Spannungsteilerschaltung, die eine Referenzspannung unter Verwendung mehrerer Widerstände unterteilt und in der Lage ist, die Anomalieschwellenspannung, die dem Abnorm-Überstrom-Detektor 53 zuzuführen ist, zu ändern, und zwar durch Ändern einer ausgewählten speziellen Spannung, die durch die Spannungsteilerschaltung erzeugt wird. Insbesondere beinhaltet der Schwellenspannungsgenerator 52 eine Spannungsteilerschaltung 60, die zwischen die Source des Leistungs-MOSFET 14 und den Masseanschluss P6 geschaltet ist, wie es in 4 gezeigt ist. Die Spannungsteilerschaltung 60 beinhaltet mehrere Widerstände (8 Widerstände 60a–60h in dem vorliegenden beispielhaften Aspekt), die in Serie geschaltet sind, und gibt die Teilspannung an den Verbindungspunkt A zwischen den Widerständen 60a und 60b als die zweite Anomalieschwellenspannung Vfc aus.
Der Schwellenspannungsgenerator 52 beinhaltet außerdem mehrere FETs 61a–62f, die als Schaltelemente dienen, die es ermöglichen, den anderen Eingangsanschluss des Vergleichers 58 wahlweise mit einem der Verbindungspunkte B–G der Widerstände 60b–60h zu verbinden. Durch wahlweises Einschalten der FETs 61a bis 61f in Abfolge kann der Pegel der ersten Anomalieschwellenspannung Voc graduell verringert werden. Jeder der FETs 61a–61f wird durch die Steuerlogik 127 ein- und ausgeschaltet, wie es später beschrieben wird.
Während die Spannungsteilerschaltung 60 gemäß dem vorliegenden beispielhaften Aspekt die Quellenspannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 unterteilt, kann sie eine vorbestimmte andere Spannung anstatt der Quellenspannung unterteilen. Die Konfiguration gemäß dem vorliegenden beispielhaften Aspekt kann jedoch jede Anomalieschwellenspannung derart einstellen, dass sie sich entsprechend den Änderungen der Quellenspannung Vs des Leistungs-MOSFET 14 ändert. Daher ermöglicht es die Konfiguration gemäß dem vorliegenden beispielhaften Aspekt im Vergleich zu einer Konfiguration, die eine feste Schwelle unabhängig von den Änderungen der Quellenspannung einstellt, dass ein abnormer Strom schnell erfasst werden kann, da wenn beispielsweise ein Kurzschluss der Last 11 auftritt, die Anschlussspannung Vo des externen Widerstands 16 unmittelbar die Anomalieschwellenspannung unabhängig von dem Pegel der Energieversorgungsspannung Vcc erreicht. Außerdem fließt bei dem vorliegenden beispielhaften Aspekt ein Strom von der Energiequelle 12 durch die Spannungsteilerschaltung 60 durch einen Widerstand 63 unter Verwendung eines FET 62, der als ein Schaltelement dient, das sich als Antwort auf ein Vorspannungssignal Bias von der Steuerlogikeinheit 27 einschaltet, um eine Vorspannung anzulegen, um zu verhindern, dass die Quellenspannung Vs sich auf 0 V verringert, wenn sich der Leistungs-MOSFET 14 im ausgeschalteten Zustand befindet. Das Vorspannungssignal Bias wird von der Steuerlogikeinheit 27 ausgegeben, um den FET 62 einzuschalten, wenn ein Steuersignal S1 des niedrigen Pegels oder ein Ausgangssignal S2 des niedrigen Pegels bereitgestellt wird.
5 ist eine Grafik, die eingestellte Pegel des ersten Anomalieschwellenstroms Iloc und des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc darstellt. In dieser Grafik ist eine Raucherzeugungscharakteristikkurve L1 gezeigt, die die Raucherzeugungscharakteristik eines Drahts 30 (beispielsweise eines Drahtbeschichtungsmaterials), der mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden werden kann, in Bezug auf die Beziehung zwischen einem Strompegel eines stabilen Zustands und einer Erregungszeit (Einschmelzzeit) repräsentiert. Das heißt, die Raucherzeugungscharakteristikkurve L1 stellt die Beziehung zwischen einem gegebenen konstanten Strom (Ein-Schuss-Strom) und der Zeit dar, die seit dem Start des Durchlaufens des Stromes durch den Draht 30 bis zum Auftreten eines Ausbrennens des Beschichtungsmaterials des Drahtes 30 verstreicht. Außerdem ist in der Grafik eine Selbstzerstörungscharakteristikkurve L2 gezeigt, die die Beziehung zwischen einem gegebenen konstanten Strom (Ein-Schuss-Strom) und der Zeit repräsentiert, die zwischen dem Start des Durchlaufen des Stromes durch den Leistungs-MOSFET 14 bis zum Zusammenbruch des Leistungs-MOSFET 14 verstreicht. Der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc wird innerhalb eines Bereiches eingestellt, in dem der Strompegel unterhalb der Raumerzeugungscharakteristikkurve L1 und der Selbstzerstörungscharakteristikkurve L2 liegt. Der erste Anomalieschwellenstrom ILoc wird innerhalb eines Bereiches eingestellt, in dem der Strompegel unterhalb der Raucherzeugungscharakteristikkurve L1 und der Selbstzerstörungscharakteristikkurve L2 innerhalb einer Zeitdauer liegt, die kürzer als eine Referenzschmelzzeit ist, die später beschrieben wird und die beginnt, wenn ein Schmelzzeitzähler 73 das Aufwärtszählen von einem Anfangswert an beginnt.
Die Grafik zeigt die Raucherzeugungscharakteristika eines Drahtes 30, der unter Drähten 30 ausgewählt wird, die mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden werden können. Die Raucherzeugungscharakteristik ändert sich in Abhängigkeit von der externen Schaltung (Materialien für die Verdrahtung und die Last), die mit der Energieversorgungssteuerung 10 verbunden ist, und dementsprechend einschließlich einem Laststrom IL und einem Erfassungsstrom Is, die fließen, wenn die abnormen Stromsignale FC und OC ausgegeben werden. Diese Änderungen können jedoch auf einfache Weise durch Ändern des Widerstandswertes des externen Widerstands 16, der oben erwähnt ist, angepasst werden.
In der Grafik bezeichnet ILmax den Nennstrom (den vom Entwickler garantierten maximalen erlaubten Strom, den eine Vorrichtung befördern kann) der Last 11, und Io bezeichnet den maximal erlaubten Strom im Gleichgewicht, der durch den Draht 30 in einem Zustand fließen kann, bei dem eine Wärmeerzeugung und -verteilung im Gleichgewicht sind. Wenn ein Strom auf einem Pegel, der höher als der maximal erlaubte Strom im Gleichgewicht Io ist, liegt, wird in einen übermäßigen thermischen Widerstandsbereich eingetreten, in dem der Strompegel und die Zeit, die von dem Durchlaufen des Stromes bis zum Ausbrennen verstreicht, ein im Wesentlichen umgekehrtes Verhältnis zueinander aufweisen. In dem zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc wird der Laststrom IL (Erfassungsstrom Is) auf einen Pegel eingestellt, der etwas höher als der Nennstrom ILmax der Last 11 ist, wie es in 5 gezeigt ist. Der Vergleicher 59 erfasst einen Schmelzstrom, der zu dem Zeitpunkt, zu dem der Laststrom IL (Erfassungsstrom Is) den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc erreicht, fließt, und gibt das zweite abnorme Stromsignal FC aus. Wenn der Laststrom IL näherungsweise gleich dem zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc ist, muss der Leistungs-MOSFET 14 nicht unmittelbar ausgeschaltet werden; er kann ausgeschaltet werden, nachdem der Schmelzstromzustand für eine bestimmte Zeitdauer angedauert hat, wie es später beschrieben wird.
Andererseits wird der erste Anomalieschwellenstrom ILoc auf einen Pegel eingestellt, der höher als der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc ist. Der Vergleicher 58 erfasst einen Überstrom, der zum Zeitpunkt, zu dem der Laststrom IL (Erfassungsstrom Is) den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc erreicht, fließt, und gibt das erste abnorme Stromsignal OC aus. Wenn der Laststrom IL den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc überschreitet, muss der Leistungs-MOSFET 14 unmittelbar ausgeschaltet werden, wie es später beschreiben wird. Der Schwellenspannungsgenerator 52 stellt ursprünglich in Vorbereitung für einen Einschaltstromstoß den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc auf einen Anfangspegel ein, der höher als der Einschaltstromstoß ist, und wenn ein Schmelzstrom erfasst wird, verringert er graduell den Pegel im Verlauf der Zeit, wie es in 5 gezeigt ist.
Überhitzungsdetektor
Der Überhitzungsdetektor 25 (ein Beispiel einer ”Anomalieerfassungsschaltung”) empfängt ein Temperatursignal S4 (ein Beispiel eines ”Erfassungssignals von dem Temperaturerfassungselement”), das der Temperatur des Leistungs-Chips 20 entspricht, von einem Temperatursensor 19, der auf dem Leistungs-Chip 20 vorgesehen ist. Wenn der Überhitzungsdetektor 25 ein Temperatursignal S4 empfängt, das eine abnorme Temperatur anzeigt, die ein vorbestimmte Temperaturschwelle überschreitet, erfasst der Überhitzungsdetektor 25 die Temperaturanomalie und stellt ein abnormes Temperatursignal eines niedrigen Pegels OT (ein Beispiel für das ”abnorme Signal”) der Steuerlogikeinheit 27 bereit.
Der Diagnoseausgangsabschnitt 26 zieht den Diagnoseausgangsanschluss P7 auf einen niedrigen Pegel herunter und stellt einen Diagnoseausgang als Antwort auf ein Diagnosesignal eines hohen Pegels (DIAG.) von der Steuerlogikeinheit 27 bereit, wenn ein abnormer Strom oder eine abnorme Temperatur auftritt (wie es später beschrieben wird), und die Steuerlogikeinheit 27 bewirkt, dass der Leistungs-MOSFET 14 erste und zweite erzwungene Ausschaltoperationen durchführt, wie es später beschrieben wird. Somit kann die Tatsache, dass sich der Leistungs-MOSFET 14 in dem erzwungenen Ausschalt-Zustand aufgrund des Auftreten eines abnormen Stromes oder einer abnormen Temperatur oder der Aktivierung einer Schmelzfunktion (fuse function) befindet, nach außen gemeldet werden.
Steuerlogikeinheit
6 ist ein schematisches Schaltdiagramm der Steuerlogikeinheit 27. Die Steuerlogikeinheit 27 beinhaltet einen Ausschaltzeitzähler 71, einen Löschzähler 72, einen Schmelzzeitzähler 73, eine Oszillationsschaltung 74 und eine Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75. Die Steuerlogikeinheit 27 empfängt das Steuersignal S1 von der Eingangsschnittstelle 22, das erste abnorme Stromsignal OC und das zweite abnorme Stromsignal FC von dem Stromdetektor 24 und das abnorme Temperatursignal OC von dem Überhitzungsdetektor 25.
a. Oszillationsschaltung und Rücksetzsignalerzeugungsschaltung
Die Oszillationsschaltung 74 erzeugt zwei Taktsignale CLK1 (beispielsweise 125 μs) und CLK2 (beispielsweise 4 ms), die unterschiedliche Zyklen aufweisen und gibt diese aus. Die Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 erzeugt eine konstante Spannung, die ausreichend hoch ist, um den Interne-Masse-Generator 23 leitend zu machen und zu bewirken, dass die Steuerlogikeinheit 27 betrieben wird, und fährt fort, ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels (Rücksetzsignal) auszugeben, bis die Takterzeugung durch die Oszillationsschaltung 74 stabil wird, und gibt dann ein Ausgangssignal RST eines hohen Pegels aus.
b. Ausschaltzeitzähler
Als Antwort auf zumindest einem aus dem ersten abnormen Stromsignal OC eines niedrigen Pegels von dem Stromdetektor 24 und dem abnormen Temperatursignal eines niedrigen Pegels OC von dem Überhitzungsdetektor 25 zwingt der Ausschaltzeitzähler 71 den Leistungs-MOSFET 14 zum Ausschalten und in dem Ausschalt-Zustand für eine vorbestimmte Referenzausschaltzeitdauer zu bleiben (Zeit, die benötigt wird, um von ”n” auf ”0” herunter zu zählen, insbesondere 32 ms), und gibt dann den Leistungs-MOSFET 14 aus dem erzwungenen Ausschalt-Zustand frei. Es sollte beachtet werden, dass das erzwungene Ausschalten gemäß dem vorliegenden beispielhaften Aspekt vorgesehen ist, um den Leistungs-MOSFET 14 in den Ausschalt-Zustand sogar dann zu bringen und zu halten, wenn die Energieversorgungssteuerung 10 ein Steuersignal S1 des niedrigen Pegels (Ein-Signal) empfangen hat.
Insbesondere zählt der Ausschaltzeitzähler 71 von dem Anfangswert n auf 0 synchron zum Taktsignal CLK2 herunter. Der Ausschaltzeitzähler 71 ist ausgelegt, an seinem Rücksetzanschluss das invertierte Signal eines Ausgangssignals RST von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 zu empfangen. Sämtliche der n Zähler werden auf ”0” zurückgesetzt gehalten (Zählwert wird auf den Anfangswert ”n” zurückgesetzt), während ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels ausgegeben wird. Die Zähler werden von dem Rücksetzzustand als Antwort auf ein Ausgangssignal RST eines hohen Pegels freigegeben. Der Ausschaltzeitzähler 71 gibt ein Ausgangssignal S5 eines niedrigen Pegels aus, wenn sämtliche der n Zähler gleich ”0” sind (der Rücksetzzustand oder ein Zählwertüberfließzustand); ansonsten gibt der Ausschaltzeitzähler 71 ein Ausgangssignal S5 eines hohen Pegels aus, um den Leistungs-MOSFET 14 zum Ausschalten zu zwingen.
Der Ausschaltzeitzähler 71 empfängt außerdem an seinem Setzanschluss das erste abnorme Stromsignal OC und das invertierte Signal eines Ausgangssignals von einer UND-Schaltung 76, in die ein abnormes Temperatursignal OT eingegeben wird. Wenn ein Überstrom auftritt und ein erstes abnormes Stromsignal OC eines niedrigen Pegels an den Ausschaltzeitzähler 71 angelegt wird, oder wenn eine abnorme Temperatur auftritt und ein abnormes Temperatursignal OT eines niedrigen Pegels an den Ausschaltzeitzähler 71 angelegt wird, setzt der Ausschaltzeitzähler 71 sämtliche der n Zähler auf ”1”. Demzufolge gibt der Ausschaltzeitzähler 71 ein Ausgangssignal S5 eines hohen Pegels aus, um das Taktsignal CLK2 von der Oszillationsschaltung 74 an der UND-Schaltung 77 freizugeben bzw. einzuschalten, und startet das Herunterzählen zum Zeitpunkt der Synchronisation mit dem Takt. Der Ausschaltzeitzähler 71 führt das Zählen an der hinteren Flanke eines jeweiligen Takts durch.
Da das Ausgangssignal S5 eines hohen Pegels während der Zeitdauer von dem Start des Herabzählens durch den Ausschaltzeitzähler 71 bis der Ausschaltzeitzähler 71 auf ”0” zum Überfließen herunterzählt, ausgegeben wird, wird das Taktsignal CLK2 an der UND-Schaltung 77 freigegeben bzw. eingeschaltet und in den Taktanschluss des Ausschaltzeitzählers 71 eingegeben. Eine ODER-Schaltung 78 empfängt das Ausgangssignal S5 des hohen Pegels und stellt der Gate-Ansteuerung 78 ein Ausgangssignal eines niedrigen Pegels Inhibit bereit, um den Leistungs-MOSFET 14 auszuschalten.
Nach dem Herabzählen auf ”0” und dem Überfließen gibt der Ausschaltzeitzähler 71 ein Ausgangssignal S5 eines niedrigen Pegels aus, und der Eingang des Taktsignals CLK2 an der UND-Schaltung 77 wird gesperrt. Die ODER-Schaltung 78 empfängt das Ausgangssignal S5 des niedrigen Pegels und stellt der Gate-Ansteuerung 28 ein Ausgangssignal eines hohen Pegels Inhibit bereit, um den Leistungs-MOSFET 14 aus dem erzwungenen Ausschaltzustand freizugeben. Demzufolge kehrt der Leistungs-MOSFET 14 zum leitenden Zustand zurück, wenn die Energieversorgungssteuerung 10 ein Steuersignal S1 des niedrigen Pegels (Ein-Signal) empfängt.
Auf diese Weise wird jedes Mal, wenn beispielsweise ein Überstrom auftritt und das erste abnorme Stormsignal OC eines niedrigen Pegels von dem Stromdetektor 24 ausgegeben wird, der Ausschaltzeitzähler 71 den Leistungs-MOSFET 14 unmittelbar zum Ausschalten zwingen und nach dem Herunterzählen von n den Leistungs-MOSFET 14 aus dem erzwungen Ausschaltzustand freigeben, wie es in 11 gezeigt ist (siehe die OC-Zerhackperiode). Im Folgenden wird das erzwungene Ausschalten, das durch den Ausschaltzeitzähler 71 verursacht wird, bei dem der MOSFET 14 für eine vorbestimmte Referenzausschaltzeitdauer in einem Ausschaltzustand gehalten wird und dann in den Leitungszustand zurückkehrt, als das ”erste erzwungene Ausschalten” bezeichnet.
c. Schmelzzeitzähler
Der Schmelzzeitzähler 73 (ein Beispiel einer ”Anomaliezeitakkumulationsschaltung”) akkumuliert den Betrag der Anomaliezeit (im Folgenden als ”Schmelzzeit” bezeichnet) während der er ein zweites abnormes Stromsignal FC eines niedrigen Pegels von dem Stromdetektor 24 empfängt, und den Betrag der Anomaliezeit, während der der Leistungs-MOSFET 14 in dem erzwungenen Ausschaltzustand gehalten wird, durch den Ausschaltzeitzähler 71. Wenn der akkumulierte Betrag der Zeit eine vorbestimmte Referenzschmelzzeit erreicht (die kürzer als die Referenzausschaltzeit ist und die die Zeit ist, die zum Aufwärtszählen von ”0” bis m (> n) benötigt wird, insbesondere 1.024 ms, und die ein Beispiel einer ”Referenzanomaliezeit” ist), zwingt der Schmelzzeitzähler 73 den Leistungs-MOSFET 14 zum Ausschalten.
Insbesondere zählt der Schmelzzeitzähler 73 von dem Anfangswert 0 bis zu m synchron zum Taktsignal CLK1 aufwärts. Der Schmelzzeitzähler 73 führt das Aufwärtszählen an der hinteren Flanke eines jeweiligen Taktes durch. Insbesondere gibt der Schmelzzeitzähler 73 ein Ausgangssignal S6 eines niedrigen Pegels während des Aufwärtszählens aus. Nach dem Aufwärtszahlen bis ”m” und einem Überfließen gibt der Schmelzzeitzähler 73 ein Ausgangssignal S6 eines hohen Pegels aus (ein Beispiel eines ”Ausschalt-Signals”). Das invertierte Signal des Ausgangssignals S6 von dem Schmelzzeitzähler 73 und ein Ausgangssignal von einer NICHT-UND-Schaltung 80 werden in eine UND-Schaltung 79 zum Freigeben bzw. Einschalten des Taktsignals CLK1 von der Oszillationsschaltung 74 eingegeben. Die NICHT-UND-Schaltung 80 gibt ein Signal eines hohen Pegels auf das Empfangen eines zweiten abnormen Stromsignals FC eines niedrigen Pegels hin oder auf das Empfangen eines Signals niedrigen Pegels hin aus, das das invertierte Signal eines Ausgangssignals S5 eines hohen Pegels ist, während der Ausschaltzeitzähler 71 abwärts zählt.
Somit führt der Schmelzzeitzähler 73 einen Aufwärtszählbetrieb durch, wenn ein zweites abnormes Stromsignal FC eines niedrigen Pegels ausgegeben wird oder das Taktsignal CLK 1 an der UND-Schaltung 79 freigegeben wird, während der Ausschaltzeitzähler 71 abwärts zählt, bis ein Überfließen auftritt. Nach dem der Schmelzzeitzähler 73 bis auf ”m” heraufgezählt hat und überfließt, gibt er ein Ausgangssignal eines hohen Pegels S6 aus. Die ODER-Schaltung 78 empfängt das Ausgangssignal S6 eines hohen Pegels und gibt ein Ausgangssignal eines niedrigen Pegels Inhibit an die Gate-Ansteuerung 28 aus, um den Leistungs-MOSFET 14 zum Ausschalten zu zwingen. Im Folgenden wird das erzwungene Ausschalten, das durch das Überfließen des Schmelzzeitzählers 73 verursacht wird, als das ”zweite erzwungene Ausschalten” bezeichnet. Da das Ausgangssignal S6 des hohen Pegels ausgegeben wird, wird die Eingabe des Taktsignals CLK1 in den Schmelzzeitzähler 73 gesperrt, und daher wird der Schmelzzeitzähler 73 in dem Überfließzustand gehalten. Somit dient der Schmelzzeitzähler 73 als eine Halteschaltung.
Wenn ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 ausgegeben (der Rücksetzzustand) oder ein Ausgangssignal S2 eines hohen Pegels (ein Beispiel eines ”Löschsignals”) von dem Löschzähler 72 ausgegeben wird (der Löschzähler 72 fließt über), wird der Schmelzzeitzähler 73 auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt. Insbesondere werden das vom Pegel her invertierte Signal eines Ausgangssignals S2 von dem Löschzähler 72 und ein Ausgangssignal S6 von dem Schmelzzeitzähler 73 in eine ODER-Schaltung 81 eingegeben, ein Ausgangssignal von der ODER-Schaltung 81 und ein Ausgangssignal RST von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 werden in eine UND-Schaltung 82 eingegeben, und das im Pegel invertierte Signal eines Ausgangssignals von der UND-Schaltung 82 wird in den Rücksetzanschluss des Schmelzzeitzählers 73 eingegeben. Somit wird der Schmelzzeitzähler 73 auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt, während das Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 ausgegeben wird.
Andererseits wird, während ein Ausgangssignal RST eines hohen Pegels von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 ausgegeben wird, der Schmelzzeitzähler 73 auf den Anfangswert ”0” durch ein Ausgangssignal S2 des hohen Pegels von dem Löschzähler 72 zurückgesetzt, bis der Schmelzzeitzähler 73 überfließt. Nach dem Überfließen des Schmelzzeitzählers 73 wird der Schmelzzeitzähler 73 nicht zurückgesetzt, und der zweite erzwungene Ausschaltzustand wird sogar dann beibehalten, wenn das Ausgangssignal S2 des hohen Pegels von dem Löschzähler 72 ausgegeben wird.
Der Schmelzzeitzähler 73 gibt aufeinanderfolgend Signale, insbesondere Bitsignale eines niedrigen Pegels ”Bit 0” bis ”Bit 5” entsprechend dem Betrag der Zeit (Zielwert), der durch den Aufwärtszählbetrieb akkumuliert wird, aus, wie es in 7 gezeigt ist. Dementsprechend werden die FETs 61a bis 61f in dem Schwellenspannungsgenerator 52 aufeinanderfolgend und wahlweise eingeschaltet. Somit kann der Pegel der ersten Anomalieschwellenspannung Voc graduell entsprechend der akkumulierten Zeit verringert werden.
d. Löschzähler
Die Hauptfunktion des Löschzählers 72 (ein Beispiel einer ”Normalzeit-Akkumulationsschaltung” und einer ”Ausgabeschaltung”) ist es, die akkumulierte Zeit (Zählwert) des Schmelzzeitzählers 73 zurück auf den Anfangswert ”0” zu löschen, wenn ein normaler Zustand (bei dem weder ein abnormer Strom noch eine abnorme Temperatur auftritt) für eine vorbestimmte Referenznormalzeitdauer (die Zeit, die benötigt wird, um von ”0” bis ”q” herunterzuzählen, insbesondere 512 ms) während der Periode zwischen dem Start des Aufwärtszählens durch den Schmelzzeitzähler 72 und dessen Überfließen angedauert hat. Insbesondere zählt der Löschzähler 72 von dem Anfangswert ”0” bis ”q (< n)” synchron zum Taktsignal CLK2 aufwärts. Der Löschzähler 72 führt das Aufwärtszahlen bei der vorderen Kante eines jeweiligen Takts durch. Die Referenznormalzeitdauer (Referenzwartezeit) kann auf der Grundlage der Zeit bestimmt werden, bei der ein Schmelzstrom oder Überstrom beseitigt und ein Überhitzen der Last eliminiert wird.
Der Löschzähler 72 wird auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt, wenn ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 ausgegeben wird (der Rücksetzzustand). In der Periode zwischen dem Start des Aufwärtszählens durch den Schmelzzeitzähler 73 und dessen Überfließen wird der Löschzähler 72 zurückgesetzt, wenn er ein zweites abnormes Stromsignal FC eines niedrigen Pegels von dem Stromdetektor 24 empfängt oder wenn der Leistungs-MOSFET 14 erzwungenermaßen durch den Ausschaltzeitzähler 71 ausgeschaltet wird. Wenn der Schmelzzeitzähler 73 einmal überfließt, wird der Löschzähler 72 als Antwort auf ein Steuersignal S1 des niedrigen Pegels (Ein-Signal) zurückgesetzt.
Insbesondere wird das Taktsignal CLK2 direkt von der Oszillationsschaltung 74 in den Löschzähler 72 eingegeben, und der Löschzähler 72 gibt normalerweise ein Ausgangssignal eines niedrigen Pegels aus. Wenn der Löschzähler 72 auf ”q” aufwärts zählt und überfließt, gibt der Löschzähler 72 ein Signal des hohen Pegels S2 aus (zweites Aus-Signal), das äquivalent zu z. B. einem Takt ist. Das Ausgangssignal RST von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 wird in eine UND-Schaltung 83 eingegeben, die dann das im Pegel invertierte Signal des Ausgangssignals an den Rücksetzanschluss des Löschzählers 72 ausgibt. Wenn somit das Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 ausgegeben wird, wird der Zähler auf den Anfangswert ”0” zurückgesetzt.
Außerdem wird in die UND-Schaltung 83 ein Ausgangssignal von der UND-Schaltung 84 eingegeben, in die ein Ausgangssignal von einer ODER-Schaltung 85 und ein Ausgangssignal von der NICHT-UND-Schaltung 86 eingegeben werden. In die ODER-Schaltung 85 werden ein Ausgangssignal von einer UND-Schaltung 87 und das Ausgangssignal S6 von dem Schmelzzeitzähler 73 eingegeben. In die UND-Schaltung 87 werden das zweite abnorme Stromsignal FC und das pegelinvertierte Signal des Ausgangssignals S5 von dem Ausschaltzeitzähler 71 eingegeben. Bei dieser Konfiguration wird der Zählwert des Löschzählers 72 zurückgesetzt, wenn er ein zweites abnormes Stromsignal FC eines niedrigen Pegels empfängt oder wenn der Leistungs-MOSFET 14 von dem Ausschaltzeitzähler 71 gezwungen wird, sich auszuschalten, in einer Periode von dem Start des Aufwärtszählens durch den Schmelzzeitzähler 73 bis zu dessen Überfließen, wie es oben beschrieben ist.
Das Ausgangssignal S6 von dem Schmelzzeitzähler 73 und das im Pegel invertierte Signal des Steuersignals S1 werden in die NICHT-UND-Schaltung 86 eingegeben. Somit wird der Löschzähler 72 zurückgesetzt, wenn er das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels (Ein-Signal) nach dem Überfließen des Schmelzzeitzählers 73 empfängt.
Gate-Ansteuerung
8 zeigt schematisch eine Konfiguration der Gate-Ansteuerung 28. In die Gate-Ansteuerung 28 werden das Steuersignal S1, das zweite abnorme Stromsignal FC und ein Ausgangssignal Inhibit von der Steuerlogikeinheit 27 eingegeben. Die Gate-Ansteuerung 28 beinhaltet eine Ladungspumpe 90, die zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und die Gates des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet sind (in 8 nicht gezeigt), und einen normalen Entladungs-FET 91, der zwischen die Gate- und Source-Anschlüsse des Leistungs-MOSFET 14 und Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist. Die Gate-Ansteuerung 28 enthält außerdem einen FET 92 zum schnellen Laden, der verwendet wird, wenn eine Anomalie auftritt, und eine Diode 93, die zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und das Gate des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist, einen FET 94 zum schnellen Entladen, der verwendet wird, wenn eine Anomalie auftritt, und der zwischen das Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 geschaltet ist.
Unter normalen Umständen, bei denen weder ein abnormer Strom noch eine abnorme Temperatur aufgetreten ist, führt die Gate-Ansteuerung 28 eine normalen Ladebetrieb durch, bei dem sie das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels (Ein-Signal) empfängt, nur die Ladungspumpe 90 ansteuert, um die Energieversorgungsspannung Vcc auf einen hohen Pegel zu heben, und die gehobene Spannung an das/die Gate-Source jedes des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 anlegt, um den Leistungs-MOSFET 14 und den Erfassungs-MOSFET 18 einzuschalten, wodurch diese in den leitenden Zustand gebracht werden (siehe die Grafik ”während der Ladung” in 9). Andererseits führt als Antwort auf ein Steuersignal S1 des hohen Pegels (Aus-Signal) die Gate-Ansteuerung 28 einen normalen Entladungsbetrieb durch, bei dem sie den Spannungserhöhungsbetrieb der Ladungspumpe 90 ausschaltet und den normalen Entladungs-FET 91 alleine einschaltet, um die Ladung auf dem/der Gate-Source eines jeden des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 zu entladen, um diese auszuschalten (siehe die Grafik ”während des Entladens” in 10).
Wenn die Gate-Ansteuerung 28 das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels (Ein-Signal) empfängt, während sie ein zweites abnormes Stromsignal FC eines niedrigen Pegels empfängt, führt die Gate-Ansteuerung 28 einen schnellen Ladebetrieb durch, bei dem sie den Schnelllade-FET 92 ebenso wie die Ladungspumpe 90 einschaltet, um die Geschwindigkeit der Spannungserhöhung auf den Pegel der Energieversorgungsspannung Vcc zu erhöhen (siehe die Grafik ”während des Ladens” in 9). Wenn die Gate-Ansteuerung 28 das Steuersignal S1 des hohen Pegels (Aus-Signal) empfängt, während sie das zweite abnorme Stromsignal FC eines niedrigen Pegels empfängt, führt die Gate-Ansteuerung 28 einen schnellen Entladebetrieb durch, bei dem sie den Schnellentladungs-FET 94 ebenso wie den normalen Entladungs-FET 91 einschaltet, um die Ladung auf dem/der Gate-Source eines jeden des Leistungs-MOSFET 14 und des Erfassungs-MOSFET 18 zu entladen (siehe die Grafik ”während des Entladens” in 10).
Die Gate-Ansteuerung 28 führt ebenfalls den Schnellentladungsbetrieb als Antwort auf ein Ausgangssignal eines niedrigen Pegels Inhibit durch (wenn das erste oder zweite erzwungene Ausschalten auftritt).
Wirkungen der Ausführungsformen
11 ist ein Zeitdiagramm eines Steuersignals S1, das ein konstantes Spannungssignal eines niedrigen Pegels ist, das von einer Energieversorgungssteuerung 10 empfangen wird. Zunächst wird als Antwort auf das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels eine interne Masse GND2 bei dem Interne-Masse-Generator 23 erzeugt. Nachdem die interne Masse GND2 stabil geworden ist, wird ein Ausgangssignal RST eines hohen Pegels von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 ausgegeben, und die Zähler 71 bis 73 werden aus dem Rücksetzzustand gebracht.
Das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels wird an die Gate-Ansteuerung 28 angelegt, um den Leistungs-MOSFET 14 einzuschalten, um diesen in den leitenden Zustand zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Einschaltstromstoßstrom, der größer als der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc ist, durch den Leistungs-MOSFET 14. Der Anfangspegel des ersten Anomalieschwellenstroms ILfc ist jedoch höher als der Einschaltstromstoß, und der Einschaltstromstoß verhindert daher, dass der Leistungs-MOSFET 14 das erste erzwungene Ausschalten durchführt.
Der Einschaltstromstoß bewirkt, dass der Schmelzzeitzähler 73 das Aufwärtszahlen beginnt. Die Zählwerte werden akkumuliert, und der Pegel des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc wird um die akkumulierte Zeit verringert, bis der Pegel des Laststroms IL sich auf unterhalb des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc verringert hat. Wenn sich der Laststrom IL auf unterhalb des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc verringert hat und eine normale Bedingung erreicht ist (siehe ”normale Bedingung 1” in 11), beginnt der Löschzähler 72 aufwärts zu zählen. Die normale Bedingung dauert jedoch während der ganzen Referenznormalperiode an, und der Zählwert des Löschzählers 72 wird zu dem Zeitpunkt zurückgesetzt, zu dem der Pegel des Laststroms IL den zweiten Normal-Schwellenstrom ILfc überschreitet (siehe ”abnormer Strom 1” in 11). Daher wird der Zählwert des Schmelzzeitzählers 73 nicht durch das Ausgangssignal S2 eines hohen Pegels gelöscht.
Wenn andererseits die normale Bedingung die Referenznormalzeitdauer lang andauert (siehe ”normale Bedingung 2” in 11), fließt der Löschzähler 72 über, das Ausgangssignal S2 des hohen Pegels wird ausgegeben, und der Zählwert des Schmelzzeitzählers 73 wird zurückgesetzt. Demzufolge kehrt der erste Anomalieschwellenstrom ILoc zu einem Anfangspegel zurück. Wenn beispielsweise ein anderes Schaltelement stromab des Leistungs-MOSFET 14 vorgesehen ist (auf der Seite der Last 11) und das Schaltelement mehrmals in gegebenen Zeitintervallen ein- und ausgeschaltet wird (jedes Intervall ist länger als die Referenznormalzeitdauer), während der Leistungs-MOSFET 14 eingeschaltet ist, können mehrere Stromstöße auftreten. In diesem Fall kann der erste Anomalieschwellenstrom ILoc jedes Mal zum Anfangspegel zurückkehren, wenn ein Einschaltstromstoß auftritt, um zu verhindern, dass der Einschaltstromstoß den Leistungs-MOSFET 14 zwingt, das erste erzwungene Ausschalten durchzuführen.
Wenn beispielsweise ein abnormer Strom aufgrund eines Kurzschlusses der Last 11 auftritt, startet der Schmelzzeitzähler 73 erneut das Aufwärtszählen bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Pegel des Laststroms IL den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc überschreitet. Als Ergebnis verringert sich der Pegel des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc erneut im Verlauf der Zeit. Wenn der Laststrom IL, der durch die Anomalie beeinflusst wird, den ersten Anomalieschwellenstrom ILoc überschreitet, wird das erste erzwungene Ausschalten des Leistungs-MOSFET 14 durchgeführt. Wenn der Ausschaltzeitzähler 71 überfließt (nachdem die Referenzausschaltzeit verstrichen ist), kehrt der Leistungs-MOSFET 14 in den leitenden Zustand zurück. So lange wie der abnorme Stromzustand andauert, wird das erste erzwungene Ausschalten und die Rückkehr in den leitenden Zustand wiederholt (siehe ”OC-Zerhackperiode” in 11). Der Schmelzzeitzähler 73 zählt während der ganzen Zeit aufwärts, und demzufolge verringert sich der Pegel des ersten Anomalieschwellenstroms ILoc auf einen niedrigen Pegel in der Nähe des zweiten Anomalieschwellenstroms ILfc. Somit kann der Überstromzustand durch den niedrigen ersten Anomalieschwellenstrom ILoc erfasst werden.
Kurz danach tritt ein Schmelzstromzustand auf, bei dem der Laststrom IL zumindest den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc überschreitet (siehe ”abnormer Strom 2” in 11) und für eine Zeitdauer anhält, bis der Schmelzzeitzähler 73 überfließt. Dann wird bewirkt, dass der Leistungs-MOSFET 14 das zweite erzwungene Ausschalten durchführt.
Der zweite Anomalieschwellenstrom ILfc wird auf einen Pegel eingestellt, der etwas höher als der Nennstrom ILmax der Last 11 ist. Die Referenzschmelzzeit wird auf eine Zeit eingestellt, die kürzer als die Zeitdauer zwischen der Erfassung eines Schmelzstromes, der den zweiten Anomalieschwellenstrom ILfc überschreitet und intermittierend in kurzen Zeitintervallen auftritt, die kürzer als die Referenznormalzeitdauer sind, und dem Zeitpunkt, zu dem der Draht 30 aufhört Rauch abzugeben, ist. Daher kann ein Flatterkurzschluss, bei dem ein verdrilltes Paar unter den verdrillten Paaren der Drähte 30 kurzgeschlossen ist und ein abnormer Strom durch nur dieses verdrillte Paar für eine Zeitdauer fließt, die kürzer als die Referenznormalzeitdauer ist, erfasst werden, und es kann bewirkt werden, dass der Leistungs-MOSFET 14 das zweite Ausschalten durchführt, bevor der Draht 30 Rauch abgeben kann.
In dem zweiten erzwungenen Ausschaltzustand wird der Zählwert des Löschzählers 72 zurückgesetzt und gibt das Ausgangssignal S2 des niedrigen Pegels aus, während er das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels empfängt. Daher wird der Schmelzzeitzähler 73 nicht gelöscht, so lange wie das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels eingegeben wird (siehe ”Latch-Zustand” in 11). Danach beginnt der Löschzähler 72 mit dem Aufwärtszählen, wenn die Energieversorgungssteuerung 10 das Steuersignal S1 des hohen Pegels (Aus-Signal) empfängt.
Der FET 41 des Interne-Masse-Generators 23 wird als Antwort auf das Steuersignal S1 des hohen Pegels ausgeschaltet. Der FET 42 wurde jedoch durch Empfangen eines Ausgangssignals S2 des niedrigen Pegels eingeschaltet, und der leitende Zustand wird beibehalten. Daher kann sogar dann, wenn ein Fahrer des Fahrzeugs eine Operation durchführt, die das Steuersignal des hohen Pegels (Aus-Signal) nach dem zweiten erzwungenen Ausschalten und unmittelbar danach das Steuersignal S1 des niedrigen Pegels (Ein-Signal) eingibt, der zweite erzwungene Ausschaltzustand aufrechterhalten werden, so lange wie das Zeitintervall innerhalb der Referenznormalzeitdauer liegt.
Wenn das Steuersignal S1 des hohen Pegels (Aus-Signal) kontinuierlich in den Eingangsanschluss P1 die Referenznormalzeitdauer lang eingegeben wird, fließt der Löschzähler 72 über und stellt dem Interne-Masse-Generator 23 das Ausgangssignal S2 des hohen Pegels bereit, um diesen aus dem leitenden Zustand zu bringen. Dementsprechend kann verhindert werden, dass ein Leckstrom von der Energiequelle 12 zur Masse durch den Interne-Masse-Generator 23 fließt, um die Ladungskapazität der Energiequelle 12 (fahrzeuginterne Batterie) zu verringern. Hier wird ein Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels von der Rücksetzsignalerzeugungsschaltung 75 ausgegeben, um die Zählwerte der Zähler 71 bis 73 zurückzusetzen. Wenn das Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels ausgegeben wird, wird ein FET 101 als Antwort auf das Ausgangssignal RST eines niedrigen Pegels ausgeschaltet, um eine Hochpegelhalteschaltung 100 zu aktivieren, die dann das Ausgangssignal S2 auf einem hohen Pegel hält. Daher wird die Erzeugung der internen Masse GND2 durch den Interne-Masse-Generator 23 ausgeschaltet, obwohl der Zählwert des Löschzählers 72 zurückgesetzt wird.
12 ist ein Zeitdiagramm eines Steuersignals S1, das ein PWM-Signal ist, das sich periodisch zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel ändert, der von der Energieversorgungssteuerung 10 empfangen wird. Die Referenznormalzeitdauer, die oben beschrieben ist, wird auf eine Zeit eingestellt, die länger als die Aus-Zeitdauer (die Zeitdauer, während der der hohe Pegel aufrechterhalten wird) des PWM-Signals ist. Dieses verhindert das Überfließen des Löschzählers 72, um das Ausgangssignal S2 des hohen Pegels während einer jeweiligen Aus-Zeitdauer auszugeben, während der das Steuersignal S1 des hohen Pegels eingegeben wird, während das Steuersignal S1, das das PWM-Signal ist, in den Eingangsanschluss P1 eingegeben wird. Dementsprechend kann verhindert werden, dass der Interne-Masse-Generator 23 aus dem leitenden Zustand gebracht wird, während das PWM-Signal eingegeben wird. Außerdem kann der Schmelzzeitzähler 73 vor einem Löschen bewahrt werden, um zu bewirken, dass der erste Anomalieschwellenstrom ILoc zu seinem Anfangspegel durch das PWM-Signal eines hohen Pegels zurückkehrt, das ansonsten nach dem Auftreten einer Anomalie eingegeben werden würde. Somit kann ein Überstrom mit einem ersten Anomalieschwellenstrom ILoc eines niedrigen Pegels erfasst werden.
Weitere beispielhafte Aspekte
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Die folgenden Ausführungsformen sind ebenfalls in dem technischen Bereich der vorliegenden Erfindung enthalten.

(1) Während ein Leistungs-MOSFET 14 als das Schaltelement in den beispielhaften Aspekten, die hier beschrieben wurden, verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann ein beliebiger anderer unipolarer oder bipolarer Transistor verwendet werden.
(2) Während ein Pegelerfassungsverfahren verwendet wird, das einen Erfassungs-MOSFET 18 als ein Stromerfassungselement in den beispielhaften Aspekten verwendet, kann ein Shunt-Verfahren verwendet werden, bei dem ein Shunt-Widerstand in einem Leitungskanal vorgesehen ist und ein Laststrom auf der Grundlage des Betrags des Spannungsabfalls an dem Shunt-Widerstand erfasst wird.
(3) Während ein abnormes Signal auf der Grundlage eines abnormen Stroms und einer abnormen Temperatur ausgegeben wird, was dazu führt, dass die Leistung für den Leistungs-MOSFET 14 (als Anomalieerfassungsschaltung) auf der Grundlage des abnormen Signals ausgeschaltet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Leistungs-MOSFET 14 kann auf der Grundlage von entweder einem abnormen Strom oder einer abnormen Temperatur gezwungen werden, sich auszuschalten. Außerdem kann sich der Leistungs-MOSFET 14 als Antwort auf eine andere Anomalie ausschalten. Beispielsweise kann ein Schaltelement ausgeschaltet werden, wenn eine Anomalie erfasst wird, bei der beispielsweise eine Person in einer elektrisch gleitenden Tür des Fahrzeugs feststeckt, wenn die Tür geöffnet oder geschlossen wird. In einem derartigen Fall kann das Schaltelement daran gehindert werden, aus dem Ausschalt-Zustand gebracht zu werden, um zeitweilig den Schließbetrieb erneut zu starten, wenn Ein- und Aus-Signale wiederholt innerhalb einer kurzen Zeitdauer durch den Fahrer eingegeben werden.
(4) Während der Leistungs-MOSFET 14 gezwungen wird, ausgeschaltet zu bleiben, wenn eine Referenzanomaliezeit nach der Erfassung einer Anomalie verstrichen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Leistungs-MOSFET 14 kann zu dem Zeitpunkt ausgeschaltet werden, zu dem eine Anomalie erfasst wird.
(5) Während der Löschzähler 72 in den beispielhaften Aspekten als eine Aus-Anweisungs-Ausgabeschaltung und eine Normalzeitakkumulationsschaltung der vorliegenden Erfindung dient, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Aus-Anweisungs-Schaltung und die Normalzeitakkumulationsschaltung können getrennt voneinander vorgesehen sein. Außerdem kann die Zeitdauer, nachdem der Löschzähler 72 überfließt, bevor der Leistungs-MOSFET 14 gezwungen wird, sich auszuschalten, sich von der Zeitdauer unterscheiden, nachdem der Löschzähler 72 nach dem erzwungenen Ausschalten des Leistungs-MOSFET 14 überfließt. D. h., die ”Referenznormalzeitdauer” und die ”Referenzwartezeitdauer”, wie sie hier verwendet werden, können sich voneinander unterscheiden.

Claims

Energieversorgungssteuerung (10), die aufweist: ein Schaltelement (14), das elektrisch zwischen eine Energiequelle (12) und eine Last (11) geschaltet ist und die Zufuhr von Energie von der Energiequelle (12) zu der Last (11) ein- und ausschaltet, eine Anomalieerfassungsschaltung, die in der Lage ist, ein abnormes Stromsignal (OC, FC) auszugeben, wenn ein Laststrom (IL), der durch das Schaltelement (14) fließt, eine vorbestimmte Stromschwelle überschreitet, eine Energieversorgungsschaltung (23), die ein Potential (GND2) erzeugt, das um eine vorbestimmte Spannung kleiner als ein Energieversorgungspotential (Vcc) der Energieversorgungsschaltung (23) ist, und das Potential (GND2) einer Steuerlogikeinheit (27) zuführt, wobei die Steuerlogikeinheit (27) aktiviert wird, wenn ihr das erzeugte Potential (GND2) zugeführt wird, wobei die Steuerlogikeinheit (27) enthält: eine Halteschaltung (73), die kontinuierlich ein Ausschalt-Signal (S6) ausgibt, um zu bewirken, dass das Schaltelement (14) einen Ausschalt-Betrieb durchführt, wenn sie das abnorme Stromsignal (FC) während einer vorbestimmten Bezugszeit empfangen hat, und eine Aus-Signal-Ausgabeschaltung (72), die, wenn ein erstes Aus-Signal (S1), das von einer externen Quelle in die Steuerlogikeinheit (27) eingegeben wird, nach dem Start der kontinuierlichen Ausgabe des Ausschalt-Signals (S6) von der Halteschaltung (73) für eine vorbestimmte Zeitdauer andauert, ein zweites Aus-Signal (S2) an die Energieversorgungsschaltung (23) ausgibt, wobei die Energieversorgungsschaltung (23) bei Empfang des zweiten Aus-Signals (S2) das erzeugte Potential (GND2) nicht in die Steuerlogikeinheit (27) eingibt, wodurch die Steuerlogikeinheit (27) deaktiviert wird.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 1, wobei die Anomalieerfassungsschaltung aufweist: ein Stromerfassungselement (18), das den Laststrom (IL) erfasst, der durch das Schaltelement (14) fließt, und eine Abnorm-Strom-Erfassungsschaltung (53), die mit dem Stromerfassungselement (18) verbunden ist und das abnorme Stromsignal (OC, FC) ausgibt, wenn der Laststrom (IL), der durch das Schaltelement (14) fließt, die vorbestimmte Stromschwelle überschreitet.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 2, wobei das Schaltelement (14) ein Leistungs-Feldeffekttransistor ist und das Stromerfassungselement (18) ein Erfassungs-Feldeffekttransistor ist, durch den ein Erfassungsstrom auf der Grundlage des Laststromes (IL) fließt, der durch den Leistungs-Feldeffekttransistor fließt, und die Abnorm-Strom-Erfassungsschaltung (53) das abnorme Stromsignal (OC, FC) ausgibt, wenn der Erfassungsstrom einen Wert der vorbestimmten Stromschwelle überschreitet.
Energieversorgungssteuerung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anomalieerfassungsschaltung aufweist: ein Temperaturerfassungselement (19), das die Temperatur des Schaltelements (14) erfasst, und eine Abnorm-Temperatur-Erfassungsschaltung (25), die auf der Grundlage eines Erfassungssignals von dem Temperaturerfassungselement (19) ein abnormes Temperatursignal (OT) ausgibt, wenn die Temperatur des Schaltelements (14) eine vorbestimmte Temperaturschwelle überschreitet.
Energieversorgungssteuerung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Halteschaltung (73) den Betrag einer Anomaliezeit, während der das abnorme Stromsignal (FC) ausgegeben wird, misst, und wenn der gemessene Betrag der Anomaliezeit eine vorbestimmte Bezugsanomaliezeit erreicht, das Ausschalt-Signal (S6) kontinuierlich ausgibt und den Ausgabezustand des Ausschalt-Signals (S6) hält.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 1, wobei die Aus-Signal-Ausgabeschaltung (72) eine Normalzeit, während der das abnorme Stromsignal (FC) nicht ausgegeben wird, misst und ein Löschsignal (S2) in die Halteschaltung (73) zum Löschen des gemessenen Betrags der Anomaliezeit ausgibt, wenn der Ausgabezustand des Ausschalt-Signals (S6) von der Halteschaltung (73) nicht gehalten wird und die gemessene Normalzeit eine vorbestimmte Bezugsnormalzeit erreicht, wobei die Energieversorgungsschaltung (23) das erzeugte Potential (GND2) nicht in die Steuerlogikeinheit (27) eingibt, wenn ihr das erste Aus-Signal (S1) und das Löschsignal (S2) zugeführt werden und der Ausgabezustand des Ausschalt-Signals (S6) von der Halteschaltung (73) gehalten wird.
Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 6, wobei die Energieversorgungsschaltung (23) das Potential (GND2) erzeugt, wenn ihr ein Ein-Signal (S1) von der externen Quelle zugeführt wird, der Betrag der Normalzeit initialisiert wird, wenn das Ein-Signal (S1) nach dem Start der kontinuierlichen Ausgabe des Ausschalt-Signals (S6) in die Aus-Signal-Ausgabeschaltung (72) eingegeben wird, und die Aus-Signal-Ausgabeschaltung (72) das Messen der Normalzeit startet, wenn ihr das erste Aus-Signal (S1) nach dem Start der kontinuierlichen Ausgabe des Ausschalt-Signals (S6) zgeführt wird.
Energieversorgungssteuerung (10) nach Anspruch 6 oder 7, die außerdem eine Steuerschaltung (28) aufweist, in die das Ein-Signal (S1) von der externen Quelle und das erste Aus-Signal (S1) abwechselnd und wiederholt eingegeben werden, und die, wenn das Ein-Signal (S1) eingegeben wird, das Schaltelement (14) veranlasst, einen Einschalt-Betrieb durchzuführen, und wenn das erste Aus-Signal (S1) eingegeben wird, das Schaltelement (14) veranlasst, einen Ausschalt-Betrieb durchzuführen, wobei die vorbestimmte Bezugsnormalzeit länger als eine Ausschaltzeitdauer ist, während der das Schaltelement (14) durch eine jeweilige Eingabe des ersten Aus-Signals (S1) ausgeschaltet bleibt.