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Die
japanische Patentanmeldung Nr. 2007-230215 (Prioritätsanmeldung),
auf welcher diese Patentanmeldung basiert, wird hiermit durch Bezugnahme
vollinhaltlich aufgenommen.
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Die
Erfindung betrifft ein Stromversorgungs-Steuergerät zum
Steuern des Herstellens und Unterbrechens einer Verbindung einer
Stromversorgung mit einer Last.
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In
einem elektronischen Schaltkreis, der aus diskreten Halbleiter-Bauelementen,
einem IC (integrated circuit, integrierter Schaltkreis), usw. gebildet ist,
ist die elektronische Schaltung basierend auf dem Verbinden einer
Stromversorgung und einer Masse mit einem elektrischen Bezugspotenzial
konzipiert. Wenn zum Beispiel nur die Stromversorgung des elektronischen
Schaltkreises mit einem elektrischen Potenzial der Stromversorgung
verbunden ist und die Masse nirgendwo angeschlossen ist (das heißt,
unverbundener Zustand der Masse), wird die Funktion dieses elektronischen
Schaltkreises instabil. Insbesondere werden in einem elektronischen
Schaltkreis, der in einem Stromversorgungs-Steuergerät
montiert ist, wenn ein unerwarteter Hochstrom aufgrund der instabilen
Funktion in den elektronischen Schaltkreis fließt, Bauelemente
der elektronischen Schaltung zerstört. Infolgedessen besteht
die Möglichkeit, dass der elektronische Schaltkreis einen
gefährlichen Zustand einnimmt, beispielsweise in Form einer
Entzündung. Deshalb wird in dem Patentdokument 1 (veröffentlichte
japanische Patentanmeldung H08-78095 )
ein Masse-Verbindungsmechanismus zum Vermeiden der oben erwähnten
unsicheren Funktion vorgeschlagen.
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Gemäß dem
Patentdokument 1 wird beim Verbinden eines stromzuführungsseitigen
Steckverbinders und eines stromeingangsseitigen Steckverbinders
vor dem Verbinden eines Stromversorgungsanschlusses ein Masseanschluss
verbunden. Dadurch wird in einem elektronischen Schaltkreis, der hinter
dem stromeingangsseitigen Steckverbinder angeordnet ist, nicht der
unverbundene Zustand der Masse hervorgerufen. Ferner werden die
Stromversorgung und die Masse durch einen Doppel-Steckverbinder
verbunden. Damit lösen sich die Stromversorgung und die
Masse gleichzeitig, wenn sich der Steckverbinder löst.
Dadurch behält in einem elektronischen Schaltkreis, der
eine Stromversorgung und eine Masse mit einem jeweiligen separaten
Steckverbinder verbindet, der masseseitige Steckverbinder einen
verbundenen Zustand bei. Außerdem wird nicht der unverbundene
Zustand der Masse hervorgerufen. Durch Verwenden des oben erwähnten Masse-Verbindungsmechanismus
des elektrischen Steckverbinders werden das Hervorrufen eines unverbundenen
Zustands der Masse und ein unsicherer Betriebszustand des elektrischen
Schaltkreises vermieden.
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Indessen
vermeidet der oben erwähnte Masse-Verbindungsmechanismus
des Patentdokuments 1 einen unverbundenen Zustand der Masse, der
hervorgerufen wird, wenn ein elektrischer Steckverbinders angeschlossen
und getrennt wird. Deshalb kann der Masse-Verbindungsmechanismus
nicht einen unverbundenen Zustand der Masse vermeiden, welcher hervorgerufen
wird, wenn eine Masseleitung, die mit einem Masseanschluss eines
stromzuführungsseitigen Steckverbinders verbunden ist,
unterbrochen wird. Außerdem kann infolgedessen in diesem
Fall eine Zerstörung eines Schaltelements oder eine Entzündung
des Geräts auftreten.
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Folglich
stellt die Erfindung ein Stromversorgungs-Steuergerät bereit,
welches eine Masse eines elektronischen Schaltkreises mit einem
geeigneten elektrischen Potenzial verbinden kann, wenn eine Masseverbindung
des elektronischen Schaltkreises unterbrochen wird.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung weist ein Stromversorgungs-Steuergerät
einen Steuerschaltkreis und eine Last auf. Der Steuerschaltkreis
weist ein Schalterelement auf, das einen Stromkreis durch ein Schaltsignal öffnet
und schließt, und eine Schalter-Steuerungseinheit, die
das Schaltsignal ausgibt. Die Last verbindet einen Anschluss durch
das Schalterelement mit einer DC(direct current, Gleichstrom)-Stromversorgung
und ein anderer Anschluss mit einem elektrischen Massepotenzial. Die
Schalter-Steuerungseinheit weist einen Masseanschluss auf, der mit
dem elektrischen Massepotenzial verbunden ist und einen Massestrom
ausgibt, der zu dem elektrischen Massepotenzial fließt.
Der Steuerschaltkreis weist eine Überbrückungseinrichtung auf,
die ein lastseitiges Überbrückungssystem zum Einspeisen
des Massestroms in das elektrische Massepotenzial durch die Last,
wenn eine Verbindung zwischen dem Masseanschluss und dem elektrischen
Massepotenzial unterbrochen ist, aufweist. Die Last weist eine Impedanz
zum Umschalten des elektrischen Potenzials des Masseanschlusses
in ein elektrisches Potenzial, in welchem die Schalter-Steuerungseinheit
stabil arbeitet, wenn der Massestrom fließt, auf.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung weist der Steuerschaltkreis eine Steuersignalleitung auf,
die mit dem elektrischen Massepotenzial verbunden wird, wenn ein
Schalterelement schließt. Die Überbrückungseinrichtung
weist ein signalseitiges Überbrückungssystem zum
Einspeisen des Massestroms in das elektrische Massepotenzial durch
die Steuersignalleitung, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss
und dem elektrischen Massepotenzial unterbrochen ist und das Schalterelement schließt,
auf. Das lastseitige überbrückungssystem speist
den Massestrom in das elektrische Massepotenzial durch die Last
ein, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss und dem elektrischen Massepotenzial
unterbrochen ist und das Schalterelement öffnet.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung weist die überbrückungseinrichtung
ein Rückstrom-Vermeidungssystem auf. Das Rückstrom-Vermeidungssystem
schließt stets einen Stromkreis, um einen Strom in die
Last einzuspeisen, wenn die überbrückungseinrichtung
mit dem lastseitigen überbrückungs-System seriell
verbunden ist und die Gleichstrom-Stromversorgung normal angeschlossen
ist, und das Rückstrom-Vermeidungssystem öffnet
stets den Stromkreis, um zu vermeiden, dass der Strom in das lastseitige überbrückungssystem
fließt, wenn die Gleichstrom-Stromversorgung verkehrt herum
angeschlossen ist.
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Gemäß der
Erfindung wird, wenn die Verbindung zwischen einem Masseanschluss
der Schalter-Steuerungseinheit und einem elektrischen Massepotenzial
unterbrochen wird, der Masseanschluss der Schalter-Steuerungseinheit
mit einem elektrischen Potenzial, in welchem die Schalter-Steuerungseinheit
stabil arbeitet, verbunden. Dadurch wird ein unverbundener Zustand
in einem Steuerschaltkreis nicht hervorgerufen. Ferner ist es möglich,
eine unsichere Funktion des Steuer-Schaltkreises zu vermeiden. Damit
kann eine Zerstörung eines Schaltelements oder ein Entzünden
des Geräts vermieden werden.
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Gemäß der
Erfindung werden der Masseanschluss der Schalter-Steuerungseinheit
und das elektrische Massepotenzial durch eine Steuersignalleitung
verbunden, wenn ein Schalterelement schließt. Das heißt,
der Masseanschluss der Schalter-Steuerungseinheit wird mit dem elektrischen Massepotenzial
mittels einer Steuersignalleitung verbunden, wenn eine DC(direct
current, Gleichstrom)-Stromversorgung mit einer Last verbunden wird.
Damit kann, obwohl das elektrische Potenzial durch das Verbinden
der DC-Stromversorgung mit der Last ansteigt, der Masseanschluss
der Schalter-Steuerungseinheit mit dem elektrischen Massepotenzial
durch die Steuersignalleitung verbunden werden. Dadurch ist es sicher
möglich, eine instabile Funktion des Steuerschaltkreises
zu vermeiden. Infolgedessen können eine Zerstörung
eines Schaltelements oder eine Entzündung des Geräts
vermieden werden.
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Gemäß der
Erfindung weist die Überbrückungseinrichtung ein
Rückstrom-Vermeidungssystem auf. Damit wird, wenn die Gleichstrom-Stromversorgung
fälschlicherweise verkehrt herum angeschlossen ist, durch
die Überbrückungseinrichtung nicht ein Kurzschlusspfad
der DC-Stromversorgung gebildet. Deshalb kann das erfindungsgemäße Stromversorgungs-Steuergerät
eine Beschädigung des Geräts durch Kurzschluss
vermeiden und ein noch sichereres Stromversorgungs-Steuergerät
bereitstellen.
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Die
oben erwähnten und andere Ziele und Merkmale dieser Erfindung
werden besser ersichtlich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen.
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stromversorgungs-Steuergeräts
zeigt;
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2 veranschaulicht,
dass die Masseverbindung in Punkt P bei dem Stromversorgungs-Steuergerät
gemäß 1 unterbrochen ist;
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stromversorgungs-Steuergeräts
zeigt;
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4 veranschaulicht,
dass die Masseverbindung in Punkt P bei dem Stromversorgungs-Steuergerät
gemäß 3 unterbrochen ist;
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5 ist
eine Grafik, die den Verlauf der Spannung in jedem Abschnitt in
dem Stromversorgungs-Steuergerät von 3 zeigt,
wenn die Masseverbindung von Punkt P unterbrochen wird; und
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6 veranschaulicht
die Funktion, wenn eine DC(direct current, Gleichstrom)-Stromversorgung
verkehrt herum mit dem Stromversorgungs-Steuergerät gemäß 3 verbunden
ist.
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Im
Folgenden wird eine erste Ausführungsform der Erfindung
unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erklärt.
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Wie
in 1 gezeigt, ist ein Stromversorgungs-Steuergerät 1 in
einem Fahrzeug montiert und steuert eine Stromversorgung an einer
Last eines Heizdrahts durch ein Steuersignal, das von einer elektronischen
Steuereinheit ausgegeben wird. Das Stromversorgungs-Steuergerät 1 weist
einen Steuerschaltkreis 10 und einen Heizdraht 20,
der mit dem Steuerschaltkreis 10 verbunden ist, auf.
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Der
Steuerschaltkreis 10 steuert das Herstellen und Unterbrechen
einer Verbindung der DC(direct current, Gleichstrom)-Stromversorgung 4 mit dem
Heizdraht 20. Der Steuerschaltkreis 10 weist einen
Feldeffekt-Transistor (FET) 11, eine Schalter-Steuerungseinheit 12 und
eine Überbrückungseinrichtung 15 auf.
Zusätzlich weist der Steuerschaltkreis 10 einen
Stromversorgungsanschluss 10a, einen Lastanschluss 10b,
einen Signalanschluss 10c und einen Masseanschluss 10d auf.
Der Stromversorgungsanschluss 10a ist mit der DC-Stromversorgung 4 verbunden,
die eine Stromversorgungs-Spannung VCC aufweist. Der Lastanschluss 10b ist
mit dem Heizdraht 20 verbunden. Der Signalanschluss 10c ist
mit einer Signalleitung 32 verbunden, die den Steuerschaltkreis 10 mit
einer elektronischen Steuereinheit 30 verbindet. Der Masseanschluss 10d ist
mit einem elektrischen Massepotenzial 5a verbunden.
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Der
FET 11 entspricht einem Schalterelement gemäß den
Patentansprüchen. Zum Beispiel wird als der FET 11 ein
verfügbarer N-Kanal-Leistungs-MOSFET zwecks Stromversorgung
eingesetzt. Ein Gate-Anschluss (G) ist mit einem Schaltsignal-Anschluss 12b verbunden,
ein Drain-Anschluss (D) ist mit dem Stromversorgungsanschluss 10a verbunden,
beziehungsweise ist ein Source-Anschluss (S) mit dem Lastanschluss 10b verbunden.
Gemäß einem Schaltsignal S1, das von der Schalter-Steuerungseinheit
ausgegeben wird, schaltet der FET 11 elektrische Signale
EIN/AUS (das heißt, der Stromkreis wird geschlossen/geöffnet).
Dadurch wird die Verbindung des Heizdrahts 20 mit der Gleichstrom-Stromversorgung 4 hergestellt
oder unterbrochen.
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Die
Schalter-Steuerungseinheit 12 wird aus Halbleiterkomponenten
oder einem IC (integrated circuit, integrierter Schaltkreis) gebildet,
so wie beispielsweise einem Operationsverstärker oder einem Transistor,
usw. Die Schalter-Steuerungseinheit 12 erzeugt das Schaltsignal
S1 und steuert das Einschalten/Ausschalten des FET 11.
Ferner weist die Schalter-Steuerungseinheit 12 einen Masseanschluss 12a,
einen Schaltsignalanschluss 12b, einen Stromversorgungsanschluss 12c der
Schalter-Steuerungseinheit 12 (nachstehend der Stromversorgungsanschluss 12c)
und einen Eingangsanschluss des Anforderungssignals zum Verbinden
mit der Stromversorgung 12d (nachstehend der Eingangsanschluss 12d),
auf. Der Masseanschluss 12a ist mit dem Masseanschluss 10d durch
eine Bezugserde 18 verbunden. Der Schaltsignal-Anschluss 12b ist
mit dem Gate (G) von FET 11 verbunden. Der Stromversorgungsanschluss 12c ist
mit dem Stromversorgungsanschluss 10a verbunden. Der Eingangsanschluss 12d ist
mit dem Signalanschluss 10c durch eine Steuersignalleitung 6 verbunden.
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Wenn
die Stromversorgungsspannung VCC (zum Beispiel 14 V) mit dem Stromversorgungsanschluss 12c verbunden
ist und ein elektrisches Massepotenzial VG (zum Beispiel 0 V) mit
dem Masseanschluss 12a verbunden ist, wird die Schalter-Steuerungseinheit 12 normal
mit Strom versorgt. Allerdings ist im Fall, dass sich eine Spannung
(das heißt ein elektrisches Potenzial) des Stromversorgungs-Anschlusses 12c oder
eine Spannung des Masseanschlusses 12a in dem erlaubten
Bereich (zum Beispiel kleiner als ± 1,0 V) befindet, ein
korrektes Funktionieren möglich. Zusätzlich ist,
wenn die Schalter-Steuerungseinheit 12 arbeitet, ein Massestrom
I, der von dem Masseanschluss 12a ausgegeben wird, gleich
oder kleiner als 20 mA.
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Die
Steuersignalleitung 6 ist zwischen dem Signalanschluss 10c des
Steuerschaltkreises 10 und dem Anforderungssignal-Eingangsanschluss 12d der
Schalter-Steuerungseinheit 12 angeordnet und mit der Signalleitung 32 durch
den Signalanschluss 10c verbunden. Die Steuersignalleitung 6 gibt
ein Anforderungssignal zum Verbinden mit der Stromversorgung S2
(nachstehend Anforderungssignal S2), welches von einer später
beschriebenen elektronischen Steuereinheit 30 an das Stromversorgungs-Steuergerät 1 (das
heißt, den Steuerschaltkreis 10) ausgegeben wird,
in den Eingangsanschluss 12d der Schalter-Steuerungseinheit 12 ein. In
den Ausführungsformen der Erfindung ist die Steuersignalleitung 6 mit
der Schalter-Steuerungseinheit 12 verbunden, ohne aber
darauf beschränkt zu sein. Die Steuersignalleitung 6 kann
mit verschiedenen Bauelementen verbunden werden, die das elektrische
Massepotenzial VG annehmen, wenn der FET 11 ausgeschaltet
ist.
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Die Überbrückungseinrichtung 15 weist
eine lastseitige Diode 15a auf. Die lastseitige Diode 15a korrespondiert
mit einem lastseitigen Überbrückungssystem gemäß den
Patentansprüchen. Ein Anodenanschluss der Diode 15a ist
mit der Bezugserde 18 (das heißt, Masseanschluss 12a)
verbunden beziehungsweise ist ein Kathodenanschluss von Diode 15a mit
dem Lastanschluss 10b verbunden. In den Ausführungsformen
der Erfindung sind der FET 11, die Schalter-Steuerungseinheit 12 und
die lastseitige Diode 15a separate Bauelemente, ohne aber darauf
beschränkt zu sein. Diese Bauelemente können in
einem IC integriert sein und mit dem Steuerschaltkreis 10 eingesetzt
werden.
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Der
Heizdraht 20 entspricht einer Last gemäß den
Patentansprüchen. Zum Beispiel ist der Heizdraht 20 am
Heckfenster eines Fahrzeugs angebracht. Der Heizdraht beheizt das
Heckfenster und macht es frei. Ein Anschluss 20a des Heizdrahts 20 ist
mit der DC-Stromversorgung 4 durch den FET 11 verbunden
und der andere Anschluss 20b des Heizdrahts 20 ist
mit dem elektrischen Massepotenzial 5b verbunden. Da ferner
der Heizdraht 20 den Wärmewert erhöht,
wird ein niedriger Widerstandswert (das heißt Impedanz),
zum Beispiel ein Widerstand von etwa 0,7 Ω verwendet. Der
Heizdraht 20 wird in den Ausführungsformen der
Erfindung eingesetzt, aber ohne darauf beschränkt zu sein.
Zum Beispiel können Scheinwerfer eines Fahrzeugs verwendet
werden. Das heißt, irgendwelche beliebigen Bauteile können
verwendet werden, wenn eine Spannung des Masseanschlusses 12a sich
in dem Bereich der für die Funktion erlaubten Spannung
VR (das heißt Spannung, bei welcher die Schalter-Steuerungseinheit 12 stabil
arbeitet) befindet, wenn der Massestrom I fließt.
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Die
DC-Stromversorgung 4 wird mit einer Batterie gebildet,
die in einem Fahrzeug montiert ist, oder mit einem DC(direct current,
Gleichstrom)/DC-Converter, der eine Spannung einer Batterie in eine
Gleichspannung konvertiert, die verschieden von der Spannung der
Batterie ist. Zusätzlich ist die DC-Stromversorgung 4 mit
dem Steuerschaltkreis 10 und dem Heizdraht 20 verbunden
und stellt ihnen die Versorgungsspannung VCC bereit. Ein negativer
Anschluss der DC-Stromversorgung 4 ist mit einem elektrischen
Massepotenzial 5c verbunden.
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Die
elektronische Steuereinheit 30 ist in einem Fahrzeug montiert
und steuert Scheinwerfer, Klimaanlage, Heizdrähte der Heckscheibe,
usw. Gemäß der Bedienung des Nutzers fordert die
elektrische Steuereinheit 30 das Herstellen oder Unterbrechen
einer Verbindung der Stromversorgung mit dem Heizdraht 20 bei
dem Stromversorgungs-Steuergerät 1 an. Die elektrische
Steuereinheit 30 weist eine Steuereinheit (nicht gezeigt),
einen Transistor 31 und die Signalleitung 32,
welche mit dem Transistor 31 verbunden ist, auf.
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Der
Transistor 31 ist ein NPN(negative-positive-negative, negativ-positiv-negativ)-Transistor
für ein kleines Signal. Ein Basis-Anschluss des Transistors 31 ist
mit der nicht gezeigten Steuereinheit verbunden. Ein Kollektor-Anschluss
des Transistors 31 ist mit der Signalleitung 32 verbunden
und ein Emitteranschluss des Transistors 31 ist mit einem
elektrischen Massepotenzial 5d verbunden.
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Die
Signalleitung 32 verbindet die elektrische Steuereinheit 30 und
den Steuerschaltkreis 10 elektrisch und überträgt
das Anforderungssignal S2. Insbesondere ist die Signalleitung 32 mit
einem beschichteten leitfähigen Draht, welcher zwischen
dem Kollektor-Anschluss des Transistors 31 und dem Signalanschluss 10c des
Steuerschaltkreises 10 angeordnet ist, und einem Steckverbinder
gebildet. Ferner ist die Signalleitung 32 mit einer Versorgungsspannung
der elektrischen Steuereinheit 30 durch einen Pull-up-Widerstand
(nicht gezeigt) verbunden. Wenn der Transistor 31 eingeschaltet
ist, ist der Transistor 31 mit dem elektrischen Massepotenzial 5d verbunden.
Damit nimmt die Signalleitung 32 das elektrische Massepotenzial
VG an. Wenn andererseits der Transistor 31 ausgeschaltet
ist, ist die Signalleitung 32 mit der Versorgungsspannung
der elektrischen Steuereinheit 30 durch den Pull-up-Widerstand
verbunden. Dadurch nimmt die Signalleitung 32 ein elektrisches
Potenzial der Versorgungsspannung der elektrischen Steuereinheit 30 (zum
Beispiel 14 V) an. Das heißt, ein elektrisches Potenzial
der Signalleitung 32 wird zu dem Anforderungssignal S2.
In den Ausführungsformen der Erfindung wird der Transistor 31 zum
Umschalten des elektrischen Potenzials der Signalleitung 32 verwendet,
ohne aber darauf beschränkt zu sein. Zum Beispiel kann
ein mechanischer Schalter, usw. benutzt werden. Das heißt,
irgendwelche beliebigen Bauteile können eingesetzt werden,
falls die Signalleitung 32 mit dem elektrischen Massepotenzial
VG verbunden werden kann, wenn die Verbindung der Stromversorgung
angefordert wird.
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Das
Anforderungssignal S2 fordert die Herstellung und Unterbrechung
der Verbindung der Stromversorgung mit dem Heizdraht 20 an
und wird von der elektronischen Steuereinheit 30 zu dem Steuerschaltkreis 10 übertragen.
Wenn die Verbindung der Stromversorgung angefordert wird, nimmt das
Anforderungssignal S2 L-Pegel (das heißt, das elektrische
Massepotenzial VG) an. Wenn andererseits die Unterbrechung der Stromversorgung
angefordert wird, nimmt das Anforderungssignal S2 H-Pegel (das heißt,
das elektrische Potenzial der Versorgungsspannung der elektronischen
Steuereinheit 30) an.
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In
Abhängigkeit von dem Anforderungssignal S2 nimmt das Schaltsignal
S1 die Versorgungsspannung VCC oder das elektrische Massepotenzial
VG an. Insbesondere, wenn das Anforderungssignal S2 der H-Pegel
ist, nimmt das Schaltsignal S1 das elektrische Massepotenzial VG
an. Damit wird der FET 11 ausgeschaltet. Wenn andererseits
das Anforderungssignal S2 der L-Pegel ist, nimmt das Schaltsignal
S1 die Versorgungsspannung VCC an. Dadurch wird der FET 11 eingeschaltet.
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Als
nächstes wird an dem oben erwähnten Stromversorgungs-Steuergerät 1 die
Funktion, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss 12a der
Schalter-Steuerungseinheit 12 und dem elektrischen Massepotenzial 5a unterbrochen
ist, unter Bezugnahme auf 2 als ein
Beispiel erläutert.
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In
dem Stromversorgungs-Steuergerät 1 nimmt in einem
Fall, dass die DC-Stromversorgung nicht mit dem Heizdraht 20 verbunden
ist (das heißt, wenn der FET 11 ausgeschaltet
ist), wenn die Verbindung zwischen dem Massepotenzial 10d und
dem elektrischen Massepotenzial 5a durch eine Unterbrechung
in einem in 2 gezeigten Punkt "P" unterbrochen
ist, ein elektrisches Potenzial des Anschlusses 20a des
Heizdrahts 20 das elektrische Massepotenzial VG an. Damit
fließt der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 entlang
eines Strompfads I1 von dem Heizdraht 20 zu dem elektrischen Massepotenzial 5b durch
die lastseitige Diode 15a. Ein Widerstandswert des Heizdrahts 20 beträgt
0,7 Ω und der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 beträgt
höchstens 20 mA. Damit wird ein elektrisches Potenzial
des Anschlusses 20a des Heizdrahtes 20 maximal
0,014 V. Infolgedessen wird das elektrische Potenzial des Masseanschlusses 12a an der
Schalter-Steuerungseinheit 12 innerhalb der für die
Funktion erlaubten Spannung VR (0 V ± 1,0 V) gehalten,
sogar wenn ein Spannungsabfall der lastseitigen Diode 15a in
Vorwärtsrichtung (im Allgemeinen ungefähr 0,6
V) berücksichtigt wird. Deshalb setzt der Steuerschaltkreis 10 die
normale Funktion fort und behält den Zustand der Unterbrechung
der Verbindung der Stromversorgung mit dem Heizdraht 20 bei.
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Wie
oben erwähnt, wird gemäß den Ausführungsformen
der Erfindung, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss 12a der
Schalter-Steuerungseinheit 12 und dem elektrischen Massepotenzial
unterbrochen ist, der Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 mit einem
elektrischen Potenzial in einem für die Funktion erlaubten
Bereich verbunden. Damit wird ein unverbundener Zustand der Masse
in dem Steuerschaltkreis 10 nicht hervorgerufen. Weiterhin
ist es möglich, eine instabile Funktion des Steuerschaltkreises 10 zu
vermeiden. Deshalb kann eine Zerstörung eines Schaltelements
oder eine Entzündung des Geräts vermieden werden.
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Als
nächstes wird eine zweite Ausführungsform der
Erfindung unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 erläutert.
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Wie
in 3 gezeigt, ist ein Stromversorgungs-Steuergerät 2 in
einem Fahrzeug montiert und steuert eine Stromversorgung an einer
Last eines Heizdrahts durch ein Steuersignal, das von einer elektronischen
Steuereinheit ausgegeben wird. Das Stromversorgungs-Steuergerät 2 weist
den Steuerschaltkreis 10 und den Heizdraht 20,
der mit dem Steuerschaltkreis 10 verbunden ist, auf.
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Der
Steuerschaltkreis 10 steuert das Herstellen und das Unterbrechen
der Verbindung der DC(direct current, Gleichstrom)-Stromversorgung 4 mit dem
Heizdraht 20. Der Steuerschaltkreis 10 weist den
FET 11, die Schalter-Steuerungseinheit 12 und eine Überbrückungseinrichtung 151 auf.
In dieser zweiten Ausführungsform werden die gleichen Bauteile
mit den gleichen Referenzzeichen wie in der ersten Ausführungsform
bezeichnet, außer bei der Überbrückungseinrichtung 151.
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Die Überbrückungseinrichtung 151 weist
die lastseitige Diode 15a, eine signalseitige Diode 15b, einen
FET (Feldeffekt-Transistor) 15c und die unveränderlichen
Widerstände R1 und R2 auf.
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Die
lastseitige Diode 15a entspricht einem lastseitigen Überbrückungssystem
gemäß den Patentansprüchen. Ein Anodenanschluss
der lastseitigen Diode 15a ist mit einem Source-Anschluss
(S) des FET 15c verbunden beziehungsweise ist ein Kathodenanschluss
der lastseitigen Diode 15a mit dem Lastanschluss 10b verbunden.
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Die
signalseitige Diode 15b entspricht einem signalseitigen Überbrückungssystem
gemäß den Patentansprüchen. Ein Anodenanschluss
der signalseitigen Diode 15b ist mit dem Source-Anschluss
(S) des FET 15c verbunden, beziehungsweise ist ein Kathodenanschluss
der signalseitigen Diode 15b ist mit der Steuersignalleitung 6 verbunden.
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Der
FET 15c entspricht einem Rückstrom-Vermeidungssystem
gemäß den Patentansprüchen. Zum Beispiel
wird als der FET 15c ein verfügbarer N-Kanal-MOSFET
eingesetzt, welcher mehrere Zehn mA (Milliampere) Strom durchlassen
kann. Ein Gate-Anschluss (G) des FET 15c ist mit einer Versorgungsspannung
VCC durch den unveränderlichen Widerstand R1 von ungefähr
20 kΩ bis 100 kΩ verbunden. Ein Source-Anschluss
(S) des FET 15c ist mit der Versorgungsspannung VCC durch
den unveränderlichen Widerstand R2 von ungefähr
20 kΩ bis 100 kΩ verbunden. Ein Drain-Anschluss
(D) des FET 15c ist mit der Bezugserde 18 des
Steuerschaltkreises 10 (das heißt, dem Masseanschluss 12a)
verbunden. Wenn die DC-Stromversorgung 4 normal verbunden
ist, ist der FET 11 stets eingeschaltet (das heißt,
der Stromkreis ist geschlossen). Wenn andererseits die DC-Stromversorgung 4 verkehrt
herum angeschlossen ist, ist der FET 11 stets ausgeschaltet (das
heißt, der Stromkreis ist geöffnet).
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Als
nächstes wird in dem oben erwähnten Stromversorgungs-Steuergerät 2 die
Funktion, wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss 12a der
Schalter-Steuerungseinheit 12 und dem elektrischen Massepotenzial 5a unterbrochen
ist, unter Bezugnahme auf die 4 und 5 als
ein Beispiel erläutert.
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In
dem Stromversorgungs-Steuergerät 2 nimmt im Fall,
dass die DC-Stromversorgung 4 nicht mit dem Heizdraht 20 verbunden
ist (das heißt, wenn das Anforderungssignal S2 der H-Pegel
ist), wenn die Verbindung zwischen dem Masseanschluss 10d und
dem elektrischen Massepotenzial 5a durch eine Unterbrechung
in einem in 4 gezeigten Punkt "P" unterbrochen
ist, das elektrische Potential des Anschlusses 20a des
Heizdrahts 20 das elektrische Massepotenzial VG an. Dadurch
fließt der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 entlang
eines Strompfads I21 von dem Heizdraht 20 zu dem elektrischen
Massepotenzial 5b durch die lastseitige Diode 15a.
Ein Widerstandswert des Heizdrahts 20 beträgt
0,7 Ω und der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 beträgt
maximal 20 mA. Damit wird ein elektrisches Potenzial des Anschlusses 20a des
Heizdrahts 20 maximal 0,014 V. Infolgedessen wird das elektrische
Potenzial des Masseanschlusses 12a in der Schalter-Steuerungseinheit
innerhalb des für die Funktion erlaubten Bereichs der Spannung
VR (0 V ± 1,0 V) gehalten, sogar wenn der Spannungsabfall
der lastseitigen Diode 15a in einer Vorwärtsrichtung
(im Allgemeinen ungefähr 0,6 V) berücksichtigt
wird. Deshalb setzt der Steuerschaltkreis 10 die normale
Funktion fort und behält den Zustand der Unterbrechung
der Stromversorgung des Heizdrahts 20 bei.
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Wenn
die Stromversorgungs-Verbindung von der elektronischen Steuereinheit 30 angefordert wird
(das heißt, das Anforderungssignal S2 hat L-Pegel), wird
der Heizdraht 20 mit der DC-Stromversorgung 4 verbunden.
Infolgedessen wird das elektrische Potenzial des Anschlusses 20a des
Heizdrahts 20 zur Versorgungsspannung VCC. Deshalb fließt, wie
in 4 gezeigt, der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit
zu einem niedrigeren elektrischen Potenzial. Das heißt,
der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit fließt
entlang eines Strompfades I22 von der Steuersignalleitung 6 zu dem
elektrischen Massepotenzial 5d durch die signalseitige
Diode 15b. In dieser Zeit wird das elektrische Potenzial
des Masseanschlusses 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 innerhalb
der für die Funktion erlaubten Spannung VR gehalten, sogar wenn
der Spannungsabfall der Signaldiode 15b in einer Vorwärtsrichtung
(im Allgemeinen ungefähr 0,6 V) berücksichtigt
wird. Deshalb setzt der Steuerschaltkreis 10 die normale
Funktion fort und behält den Zustand der Unterbrechung
der Stromversorgung des Heizdrahts 20 bei.
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Wenn
andererseits die Unterbrechung der Stromversorgung von der elektronischen
Steuereinheit 30 angefordert wird (das heißt,
das Anforderungssignal S2 ist der H-Pegel), wird die Verbindung zwischen
dem Heizdraht 20 und der DC-Stromversorgung 4 unterbrochen.
Als Ergebnis dessen kehrt das elektrische Potenzial des Anschlusses 20a des Heizdrahts 20 wieder
zu dem elektrischen Massepotenzial VG zurück. Deshalb fließt
der Massestrom I der Schalter-Steuerungseinheit 12 zu einem
niedrigeren elektrischen Potenzial. Das heißt, der Massestrom
I der Schalter-Steuerungseinheit fließt wieder entlang
eines Strompfads I21 von dem Heizdraht 20 zu dem elektrischen
Massepotenzial 5b durch die lastseitige Diode 15a.
Wie oben beschrieben, wird das elektrische Potenzial des Anschlusses 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 innerhalb
der für die Funktion erlaubten Spannung VR gehalten. Deshalb setzt
der Steuerschaltkreis 10 die normale Funktion fort und behält
den Zustand der Unterbrechung der Stromversorgung des Heizdrahts 20 bei.
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Als
nächstes wird an dem oben erwähnten Stromversorgungs-Steuergerät 2 die
Funktion, wenn die DC-Stromversorgung 4 verkehrt herum
verbunden ist, unter Bezugnahme auf 6 erläutert.
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In
dem Stromversorgungs-Steuergerät 2 wird, wenn
die DC-Stromversorgung normal verbunden ist, eine positive Versorgungsspannung
zwischen dem Gate-Anschluss (G) des FET 15c und dem Source-Anschluss
(S) angelegt. Dadurch wird der FET 15c normal eingeschaltet.
Wenn allerdings, wie in 6 gezeigt, die DC-Stromversorgung 4 verkehrt
herum angeschlossen ist, differieren die elektrischen Potenziale
des Gate-Anschlusses (G) und des Source-Anschlusses (S) wenig. Deshalb
ist der FET 15c immer ausgeschaltet. Aus diesem Grunde
wird ein Kurzschlusspfad I31 der DC-Stromversorgung 4 durch
den FET 15c unterbrochen und das Erzeugen eines Pfads,
der die DC-Stromversorgung 4 kurzschließt, wird
vermieden.
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Wie
oben beschrieben, ist in den Ausführungsformen, wenn die
DC-Stromversorgung 4 zu dem Heizdraht 20 unterbrochen
ist, der Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 mit dem
elektrischen Massepotenzial 5b durch den Heizdraht 20 verbunden.
Wenn andererseits die DC-Stromversorgung 4 mit dem Heizdraht 20 verbunden
ist, ist der Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 mit
dem elektrischen Massepotenzial 5d durch die Steuersignalleitung 6 verbunden.
Damit kann gemäß einem Betriebszustand des Steuerschaltkreises 10 der
Masseanschluss 12a der Schalter-Steuerungseinheit 12 mit einem
elektrischen Potenzial nahe an einem elektrischen Massepotenzial
verbunden werden. Folglich ist es möglich, eine instabile
Funktion des Steuerschaltkreises 10 noch sicherer zu vermeiden.
Ferner kann eine Zerstörung eines Schaltelements oder eine
Entzündung des Geräts vermieden werden.
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Wenn
zusätzlich die DC-Stromversorgung 4 fälschlicherweise
verkehrt herum angeschlossen ist, wird durch den FET 15c nicht
der Kurzschlusspfad I31 der DC-Stromversorgung 4 durch
die Überbrückungseinrichtung 151 gebildet.
Deshalb kann ein Beschädigen des Stromversorgungs-Steuergeräts 2 durch
Kurzschluss vermieden werden. Ferner kann ein noch sichereres Stromversorgungs-Steuergerät bereitgestellt
werden.
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Obwohl
in der Ausführungsform die Erfindung beschrieben ist, ist
diese nicht darauf beschränkt. Verschiedene Änderungen
und Modifikationen können innerhalb des Bereichs der Erfindung vorgenommen
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-230215 [0001]
- - JP 08-78095 [0003]