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Dokumentenidentifikation DE102007003447A1 23.08.2007
Titel Energieversorgungssteuerung
Anmelder AUTONETWORKS Technologies, Ltd., Yokkaichi, Mie, JP;
Sumitomo Wiring Systems, Ltd., Yokkaichi, Mie, JP;
Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka, JP
Erfinder Furuichi, Masahiko, Yokkaichi, Mie, JP;
Kato, Masayuki, Yokkaichi, Mie, JP;
Takahashi, Seiji, Yokkaichi, Mie, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 23.01.2007
DE-Aktenzeichen 102007003447
Offenlegungstag 23.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.2007
IPC-Hauptklasse H03K 17/06(2006.01)A, F, I, 20070503, B, H, DE
Zusammenfassung Eine Energieversorgungssteuerung beinhaltet einen MOSFET zwischen einer Energiequelle und einer Last, einen Masseanschluss, eine Gate-Ansteuerschaltung, die strukturiert ist, ein Gatepotenzial des MOSFET zum Einschalten einer Energie zu steuern und das Gatepotenzial des MOSFET zum Ausschalten einer Energie auf der Grundlage eines Masseanschlusspotenzials zu steuern, und eine Ausschalt-Schaltung, die strukturiert ist, den MOSFET in einen Ausschalt-Zustand unabhängig von der Steuerung durch die Gate-Ansteuerschaltung zu schalten, wenn das Masseanschlusspotenzial auf einem höheren Wert als ein Sourcepotenzial des MOSFET liegt.

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Energieversorgungssteuerung.

HINTERGRUND

Eine Energieversorgungssteuerung kann als eine sogenannte hochseitige Ansteuerung verwendet werden, die einen n-Kanal-MOSFET aufweist, der zwischen einer positiven Energiequelle und einer Last zur Durchführung einer Stromsteuerung eingefügt ist, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-217696 beispielsweise beschrieben ist. Wenn eine Energieversorgungssteuerung auf diese Weise als eine hochseitige Ansteuerung verwendet wird, muss die Gate-Spannung des MOSFET auf einen höheren Pegel als eine Energieversorgungsspannung (typischerweise auf eine Spannung, die näherungsweise dem Zweifachen der Energieversorgungsspannung beträgt) für den MOSFET angesteuert werden, um diesen zuverlässig einzuschalten. Zu diesem Zweck wird eine Gate-Ansteuerschaltung (beispielsweise eine Ladungspumpschaltung) benötigt. Insbesondere empfängt eine Gate-Ansteuerschaltung eine vorbestimmte Eingangsspannung. Wenn ein EIN-Signal zum Einschalten des MOSFET von einer externen Quelle in die Energieversorgungssteuerung eingegeben wird, erhöht die Gate-Ansteuerschaltung die Eingangsspannung und gibt die erhöhte Spannung an das Gate des MOSFET aus, um den MOSFET einzuschalten.

Die Gate-Ansteuerschaltung steuert das elektrische Gatepotenzial des MOSFET auf der Grundlage des elektrischen Potenzials an einem Masseanschluss, der in der Energieversorgungssteuerung vorgesehen ist, um den MOSFET auszuschalten. Wenn dementsprechend der Masseanschluss nicht geerdet ist und die Source des MOSFET durch eine Last geeignet geerdet ist, erreicht das elektrische Potenzials des Masseanschlusses das elektrische Potenzial der positiven Energiequelle, und zusammen mit dieser Erhöhung erhöht sich ebenfalls das elektrische Gatepotenzial des MOSFET und erreicht das elektrische Potenzial der positiven Energiequelle. Als Ergebnis überschreitet unabhängig von dem Eingang des EIN-Signals die Potenzialdifferenz zwischen der Source und dem Gate (die Gate-Source-Spannung) des MOSFET eine Schwellenspannung des MOSFET und kann irrtümlicherweise ein Einschalten des MOSFET bewirken.

ZUSAMMENFASSUNG

Eine Energieversorgungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: einen n-Kanal-MOSFET, der zwischen einer Energiequelle und einer Last vorgesehen ist; einen Masseanschluss; eine Gate-Ansteuerschaltung, die strukturiert ist, auf der Grundlage eines Masseanschlusspotenzials ein Gate-Anschlusspotenzial des MOSFET zu steuern, um eine Energie einzuschalten, und das Gate-Anschlusspotenzial des MOSFET zu steuern, um die Energie auszuschalten; und eine Ausschalt-Schaltung, die strukturiert ist, den MOSFET in einen Ausschalt-Zustand unabhängig von der Steuerung durch die Gate-Ansteuerschaltung zu schalten, wenn das Masseanschlusspotenzial auf einem höheren Wert als ein Sourcepotenzial des MOSFET liegt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wenn ein Masseanschluss beispielsweise nicht geeignet geerdet ist und daher das elektrische Potenzial des Masseanschlusses um einen Betrag höher als das Sourcepotenzial des MOSFET ist, der gleich einem vorbestimmten Pegel ist, der MOSFET gezwungen, sich auszuschalten. Somit kann eine Fehlfunktion wie beispielsweise das Bewirken, dass der MOSFET die Energie einschaltet, wenn ein EIN-Signal zum Bewirken, dass der MOSFET die Energie einschaltet, nicht eingegeben wird, verhindert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Beispielhafte Aspekte gemäß der Erfindung werden genauer mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, die zeigen:

1 ein Blockdiagramm, das einen Überblick über eine Energieversorgungssteuerung gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt,

2 ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb einer Entladungsverhinderungsschaltung zeigt, die auf Variationen des Pegels einer Energieversorgungsspannung reagiert; und

3 ein Blockdiagramm, das eine Variation des beispielhaften Aspektes zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN BEISPIELHAFTEN ASPEKTE

Ein beispielhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Energieversorgungssteuerung 10 gemäß dem beispielhaften Aspekt 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 Wischermotor, eine Antibeschlagungsheizung oder ähnliches sein. Die Energieversorgungssteuerung 10 wird als eine sogenannte hochseitige Ansteuerung verwendet, die einen n-Kanal-MOSFET (im Folgenden als der "Leistungs-MOSFET 14" bezeichnet) aufweist, der zwischen einer positiven Energiequelle 12 und einer Last 11 zum Steuern eines Stromes vorgesehen ist.

(1) Grundlegende Konfiguration

Die Energieversorgungssteuerung 10 beinhaltet den Leistungs-MOSFET 14, der an einer Energieversorgungsleitung 13 zum Zuführen einer Energie von der Energiequelle 12 zur Last 11 vorgesehen ist. Die Energieversorgungssteuerung 10 empfängt ein Steuersignal S1 wie z. B. ein konstantes Spannungssignal oder ein PWM (Pulsbreitenmodulations)-Steuersignal von einer externen Quelle und bewirkt das Ein- und Ausschalten des MOSFET 14 entsprechend dem Steuersignal S1, wodurch die Energiezufuhr zur Last 11, die mit dem Leistungs-MOSFET 14 verbunden ist, gesteuert wird. In diesem beispielhaften Aspekt weist die Energieversorgungssteuerung 10 einen Eingangsanschluss P1 auf, der mit einem externen 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 der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 15a und dem Betätigungsschalter 15 ist mit der Energiequelle 12 durch einen Widerstand 15b verbunden. Der Eingangsanschluss P1 wird auf ein Energieversorgungspotenzial Vcc heraufgezogen, wenn sich der Betätigungsschalter 15 in dem ausgeschalteten Zustand befindet.

Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Energieversorgungssteuerung 10 als eine Halbleitervorrichtung 17 implementiert, die den Eingangsanschluss P1, einen Energieversorgungsanschluss P2 und einen Abgriffsanschluss P3, die mit der Energiequelle 12 verbunden sind, einen Lastverbindungsanschluss P4, der mit der Last 11 verbunden ist, und einen Masseanschluss P5, der beispielsweise mit dem Blech des Fahrzeugs verbunden ist und auf einem Massepotenzial gehalten wird, beinhaltet.

Die Halbleitervorrichtung 17 beinhaltet eine Eingangsschnittstelle 18, einen Generator 19 zur Erzeugung eines internen Massepotenzials, eine Steuerlogikeinheit 20 und eine Gate-Ansteuerschaltung 21. Der Eingang der Eingangsschnittstelle 18 ist mit dem Eingangsanschluss P1 verbunden. Wenn sich der Betätigungsschalter 15 in dem ausgeschalteten Zustand befindet, wird ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels in die Eingangsschnittstelle 18 eingegeben; wenn sich der Betätigungsschalter 15 in dem eingeschalteten Zustand befindet, wird ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels in die Eingangsschnittstelle 18 eingegeben. Das Steuersignal S1 wird dem Generator 19 zur Erzeugung eines internen Massepotenzials und der Steuerlogikeinheit 20 zugeführt.

Der Generator 19 zur Erzeugung eines internen Massepotenzials beinhaltet eine interne Energieversorgungsschaltung 22. Der Eingang der internen Energieversorgungsschaltung 22 ist mit dem Energieversorgungsanschluss P2 verbunden, und der Ausgang der internen Energieversorgungsschaltung 22 ist mit dem Masseanschluss P5 durch einen FET 23, der ein Schaltelement ist, und einem Widerstand 24 verbunden. Als Antwort auf das Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels von der Eingangsschnittstelle 18 schaltet sich der FET 23 des Generators 19 zur Erzeugung eines internen Massepotenzials ein, um die interne Energieversorgungsschaltung 22 in den leitenden Zustand zu bringen, wodurch ein internes Massepotenzial GND2 erzeugt wird, das um eine vorbestimmte konstante Spannung Vx (beispielsweise 6 V in dem beispielhaften Aspekt) niedriger als das Energieversorgungspotenzial Vcc ist. Eine erzeugte Spannung Vin, die gleich dem Energieversorgungspotenzial Vcc abzüglich der internen Massespannung GND2 ist, wird der Steuerlogikeinheit 20 zugeführt, um die Steuerlogikeinheit 20 in den Betriebszustand zu versetzen. Wenn die Potenzialdifferenz (im Folgenden als die "Energieversorgungsspannung Vcc'" bezeichnet) zwischen dem Energieversorgungspotenzial Vcc und dem Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 kleiner als die konstante Spannung Vx ist, da sich beispielsweise das Energieversorgungspotenzial Vcc aufgrund einer niedrigen Ladung der Energiequelle 12 oder aufgrund dessen, dass der Masseanschluss P5 nicht geeignet geerdet ist, verringert, ist die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird, näherungsweise gleich der Energieversorgungsspannung Vcc'. Daher kann, wenn die Energieversorgungsspannung Vcc' niedrig ist, eine Variation des Pegels der Energieversorgungsspannung Vcc' indirekt durch Beobachten einer erzeugten Spannung Vin beobachtet werden, die einen Wert angibt, der äquivalent zu einer Energieversorgungsspannung Vcc' ist.

Die Steuerlogikeinheit 20 kann betrieben werden, wenn die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgung 22 erzeugt wird, größer als oder gleich einem zweiten Pegel ist. Der zweite Pegel kann in dem beispielhaften Aspekt 3 V betragen. Wenn die Steuerlogikeinheit 20 das Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels von der Eingangsschnittstelle 18 empfängt, steuert die Steuerlogikeinheit 20 die Gate-Ansteuerschaltung 21, um zu bewirken, dass der Leistungs-MOSFET 14 die Energie einschaltet, und zwar unter der Bedingung, dass die Energieversorgungsspannung Vcc' (Spannung Vin, die durch die interne Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird) zu diesem Zeitpunkt größer als ein erster Pegel (> der zweite Pegel) ist.

Eine Ladungsschaltung 25 zum Ansteuern des Gates des Leistungs-MOSFET 14 erhöht, wie es später beschrieben wird, die Energieversorgungsspannung Vcc', die in diese eingegeben wird, um das Gatepotenzial auf einen Wert zu erhöhen, der größer als das Energieversorgungspotenzial Vcc ist, wodurch bewirkt wird, dass der Leistungs-MOSFET 14 die Energie einschaltet. Wenn dementsprechend die Energieversorgungsspannung Vcc' kleiner als ein bestimmter Pegel ist, kann das Gatepotenzial nicht auf einen ausreichenden Pegel erhöht werden, um zu bewirken, dass der Leistungs-MOSFET 14 die Energie einschaltet. Die Steuereinheit 20 ist daher ausgelegt, die Ladungsschaltung 25 anzusteuern, wenn die Energieversorgungsspannung Vcc' größer als der oder gleich dem ersten Pegel (beispielsweise 4,5 V in dem beispielhaften Aspekt) ist, der ausreichend hoch ist, um zu bewirken, dass der Leistungs-MOSFET 14 auf zuverlässige Weise die Energie einschaltet, wie es oben beschrieben ist.

Andererseits steuert die Steuerlogikeinheit 20 beim Empfang eines Steuersignals S1 eines hohen Pegels die Gate-Ansteuerschaltung 21, um zu bewirken, dass der Leistungs-MOSFET 14 die Energie ausschaltet. In dem beispielhaften Aspekt ist das Steuersignal S1 eines niedrigein Pegels ein Beispiel für das "EIN-Signal" zum Bewirken, dass der Leistungs-MOSFET die Energie einschaltet, und das Steuersignal S1 eines hohen Pegels ist ein Beispiel für das "AUS-Signal" zum Bewirken, dass sich der Leistungs-MOSFET 14 ausschaltet.

Die Gate-Ansteuerschaltung 21 beinhaltet die Ladungsschaltung 25, die zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und das Gate des Leistungs-MOSFET 14 geschaltet ist, und eine Entladungsschaltung 26, die zwischen das Gate des Leistungs-MOSFET 14 und dem Lastverbindungsanschluss P4 geschaltet ist. Die Ladungsschaltung 25 ist eine Ladungspumpschaltung. Wenn die Steuerlogikeinheit 20 das Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) empfängt, empfängt die Ladungsschaltung 25 ein Ansteuersignal S2 von der Steuerlogik 20 und steuert das Gate des Leistungs-MOSFET 14 an, um das Gatepotenzial auf einen Pegel zu erhöhen, der näherungsweise dem Zweifachen des Energieversorgungspotenzials Vcc beträgt, wodurch bewirkt wird, dass sich der Leistungs-MOSFET 14 auf zuverlässige Weise einschaltet, und zwar unter der Bedingung, dass die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) größer als der oder gleich dem ersten Pegel ist. Wenn andererseits die Steuerlogikeinheit 20 das Steuersignal S1 eines hohen Pegels (AUS-Signal) empfängt, empfängt die Entladungsschaltung 26 ein Ansteuersignal S3 von der Steuerlogik 20, um das Gate des Leistungs-MOSFET 14 zum Entladen der Gateladung anzusteuern, die sich auf dem Leistungs-MOSFET 14 angesammelt hat, um zu bewirken, dass sich der Leistungs-MOSFET 14 ausschaltet. Das Ausschalten (Ausschalt-Betrieb) des Leistungs-MOSFET 14 auf der Grundlage des Steuersignals eines hohen Pegels (AUS-Signal) wird als das "normale Ausschalten (Ausschaltbetrieb)" bezeichnet.

(2) Maßnahme gegen einen Energieversorgungsspannungsabfall

Die Halbleitervorrichtung 17 beinhaltet eine Entladungsverhinderungsschaltung 27 zum Halten des Leistungs-MOSFET 14 in dem Energie-Ein-Zustand, wenn die Energieversorgungsspannung Vcc' auf unterhalb des ersten Pegels abfällt, während sich der Leistungs-MOSFET 14 in dem Energie-Ein-Zustand befindet. Die Ladungsverhinderungsschaltung 27 beinhaltet einen FET 28 zum Verhindern des Entladens, der ein Schaltelement ist, das zwischen das Gate des Leistungs-MOSFET 14 und den Lastverbindungsanschluss P4 geschaltet ist, und eine Hystereseschaltung 29, in die die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird, eingegeben wird.

Wenn sich die Spannung Vin, die durch die interne Energieversorgungsspannung 22 erzeugt wird, erhöht und den ersten Pegel überschreitet, stellt die Hystereseschaltung 29 ein Ausgangssignal S4 eines niedrigen Pegels zum Ausschalten des FET 28 (Verhindern des Entladens) bereit. Wenn sich die erzeugte Spannung Vin anschließend auf unterhalb des zweiten Pegels verringert, stellt die Hystereseschaltung 29 ein Ausgangssignal S4 eines hohen Pegels zum Einschalten des FET 28 (Entladen) bereit.

Insbesondere sind Widerstände 30 und 31 in Serie zwischen den Eingang und den Ausgang der internen Energieversorgungsschaltung 22 geschaltet. Ein Widerstand 32 und ein FET 33 sind parallel zum Widerstand 31 geschaltet. Ein FET 34 und ein Konstantstromelement 35 sind in Serie zwischen den Eingang und den Ausgang der internen Energieversorgungsspannung 22 geschaltet, so dass eine Teilspannung, die unter Verwendung der Widerstände 30 und 31 erhalten wird, dem Gate des FET 34 bereitgestellt wird. Ein Konstantstromelement 36 und ein FET 37 sind in Serie zwischen den Eingang und den Ausgang der internen Energieversorgungsspannung 22 geschaltet. Das Gate des FET 37 und das Gate des FET 33 sind gemeinsam mit dem Drain des FET 34 verbunden. Die Schwellenspannung des FET 34 wird auf beispielsweise 1,5 V in dem beispielhaften Aspekt eingestellt. Die Widerstandsverhältnisse unter den Widerständen 30, 31 und 32 werden beispielsweise auf 1:2:2 eingestellt.

Bei dieser Konfiguration befinden sich die FETs 33, 34 und 37 in dem Aus-Zustand bis die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird, den ersten Pegel erreicht. Wenn die Spannung Vin den ersten Pegel erreicht, erreicht die Gate-Source-Spannung des FET 34 die Schwellenspannung (1,5 V) und demzufolge werden die FETs 33 und 37 eingeschaltet und das Ausgangsspannungssignal S4 geht von hoch nach niedrig über. Die Steuerlogikeinheit 20 ist mit dem Drain des FET 34 verbunden und kann auf der Grundlage der Umkehrung des elektrischen Potenzials des Drain von dem niedrigen auf den hohen Pegel erkennen, dass sich die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird, auf einen Pegel erhöht hat, der größer als oder gleich dem ersten Pegel ist. Wenn die erzeugte Spannung Vin einmal größer als der oder gleich dem ersten Pegel wird, schaltet sich der FET 33 ein und die Schwelle zum Umkehren des Ausgangssignals S4 von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel wird gleich einem zweiten Pegel.

Die Gate-Ansteuerschaltung 21 beinhaltet ein FET 40 und ein Konstantstromelement 41, die in Serie zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und den Verbindungspunkt (GND1) zwischen dem FET 23 und dem Widerstand 24 geschaltet sind, und einen FET 42 und ein Konstantstromelement 43, die in Serie zwischen den Energieversorgungsanschluss P2 und den Verbindungspunkt (GND1) zwischen dem FET 23 und dem Widerstand 24 geschaltet sind. Der FET 40 schaltet sich beim Empfang eines Ausgangssignals S4 eines niedrigen Pegels an seinem Gate von der Hystereseschaltung 29 ein. Als Ergebnis schaltet sich der FET 42, dessen Gate mit dem Drain des FET 40 verbunden ist, ein, und der FET 28 schaltet sich aus, um den Pfad zum Entladen der Ladung von dem Gate des Leistungs-MOSFET 14 abzuschalten, wodurch der Leistungs-MOSFET 14 in dem Energie-Ein-Zustand gehalten wird.

Wenn andererseits das Ausgangssignal S4 von der Hystereseschaltung von niedrig nach hoch geht, schaltet sich der FET 28 ein, um die Ladung von dem Gate des Leistungs-MOSFET 14 zu entladen, wodurch bewirkt wird, dass der Leistungs-MOSFET 14 die Energie ausschaltet. Der Ausschaltbetrieb zwingt den Leistungs-MOSFET 14 sich auszuschalten, während das EIN-Signal eingegeben wird, und wird somit im Folgenden als das "erste erzwungene Ausschalten (Ausschaltbetrieb)" bezeichnet. Die Konstantstromelemente 35, 36, 41 und 43 können Widerstandsschaltungselemente wie z. B. Widerstände sein.

2 ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Entladungsverhinderungsschaltung 27 zeigt, die auf Variationen des Pegels der Energieversorgungsspannung Vcc' antwortet. Ein dritter Pegel (< zweiter Pegel) in 2 ist der Pegel der Energieversorgungsspannung Vcc', der zum Einschalten des FET 28 benötigt wird.

Wenn der Betätigungsschalter 15 eingeschaltet wird und ein Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels (EIN-Signal) in die Energieversorgungssteuerung 10 eingegeben wird, während die Energieversorgungsspannung anfänglich höher als oder gleich einer konstanten Spannung Vx ist, erhöht sich die Spannung Vin, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird, und die konstante Spannung Vx wird erzeugt. Wenn die erzeugte Spannung Vin den dritten Pegel in diesem Prozess erreicht, schaltet sich der FET 28 ein. Wenn dann die Spannung Vin den ersten Pegel erreicht, geht das Ausgangssignal S4 von der Hystereseschaltung 29 von hoch nach niedrig, und der FET 28 schaltet sich aus und tritt in einen Entladungsverhinderungszustand ein. Wenn sich die erzeugte Spannung Vin auf einen Pegel erhöht, der größer als der oder gleich dem ersten Pegel ist, steuert die Ladungsschaltung 25 der Gate-Ansteuerschaltung 21 den Leistungs-MOSFET 14, um diesen einzuschalten, und in den Energie-Ein-Zustand als Antwort auf das Ansteuersignal S2 von der Steuerlogikeinheit 20 an.

Nach dem Eintritt in den Energie-Ein-Zustand kann das Energieversorgungspotenzial Vcc zeitweilig beispielsweise durch den Start des Motors des Fahrzeugs abfallen. Wenn insbesondere der Betrag der Ladung der Energiequelle 12 gering ist, kann die Energieversorgungsspannung Vcc' zeitweilig durch den Start des Motors auf einen Pegel abfallen, der kleiner als der erste Pegel ist. Wenn die Energieversorgungsspannung Vcc' auf einen Pegel abfällt, der kleiner als oder gleich der konstanten Spannung Vx ist, die von der internen Energieversorgungsschaltung 22 zu erzeugen ist, fällt die Spannung Vcc', die von der internen Energieversorgungsschaltung 22erzeugt wird, auf einen Pegel ab, der näherungsweise gleich der Energieversorgungsspannung Vcc' ist.

Wie es in 2 gezeigt ist, wird, nachdem die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) auf einen Pegel zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel (Periode A in 2) abfällt, die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin), das Ausgangssignal S4 von der Hystereseschaltung 29 auf niedrig gehalten, und der FET 28 befindet sich weiterhin in dem AUS-Zustand und fährt fort, das Entladen bis zum Zeitpunkt zu verhindern, zu dem sich die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) auf unterhalb des ersten Pegels verringert. Das heißt, die Ladung auf dem Gate, die sich durch Ansteuern der Ladungsschaltung 25 angesammelt hat, wird daran gehindert, sich zu entladen, um das Potenzial des Gates zu halten, wodurch der Leistungs-MOSFET 14 in dem Energie-Ein-Zustand gehalten wird, um mit der Energiezufuhr zur Last 11 fortzufahren. Da die Spannung Vin, die durch die interne Energieversorgungsschaltung 22 erzeugt wird, weiterhin auf einem Pegel liegt, der größer als der oder gleich dem zweiten Pegel ist, der die Steuerlogikeinheit 20 ansteuern kann, kann die Steuerlogikeinheit 20 richtig betrieben werden, um die Entladungsschaltung 26 anzusteuern, um zu bewirken, dass der Leistungs-MOSFET 14 einen normalen Ausschaltbetrieb sogar dann durchführt, wenn ein Steuersignal eines hohen Pegels (AUS-Signal) in die Energieversorgungssteuerung 10 eingegeben wird.

Wenn andererseits die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) auf unterhalb des zweiten Pegels abfällt (Perioden B und C), geht das Ausgangssignal S4 von der Hystereseschaltung 29 von niedrig nach hoch über, und der FET 28 schaltet sich ein, was bewirkt, dass der erste erzwungene Ausschaltbetrieb bis zum Zeitpunkt, zu dem die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) auf unterhalb des zweiten Pegels abfällt, durchgeführt wird. Dieses dient dazu das Problem zu vermeiden, dass die Steuerlogikeinheit 20 nicht richtig betrieben werden kann und der normale Ausschaltbetrieb als Antwort auf ein Steuersignal S1 eines hohen Pegels, das in die Energieversorgungsteuerung 10 eingegeben wird, nicht durchgeführt wird, wenn die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) einmal auf unterhalb des zweiten Pegels wie oben beschrieben abfällt. Nachdem die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) anschließend den ersten Pegel überschreitet, wird der FET 28 ausgeschaltet, und die Ladungsschaltung 25 bewirkt die Rückkehr des Leistungs-MOSFET zum Energie-Ein-Zustand.

In der Periode C befindet sich der FET 28 in dem Aus-Zustand, während die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) niedriger als der dritte Pegel ist. Vor und nach dieser Dauer (Periode C) wird der FET 28 jedoch eingeschaltet, um die Ladung des Gates zu entladen, und daher kann der Leistungs-MOSFET ausgeschaltet werden.

Wie es oben beschrieben wurde, kann gemäß dem beispielhaften Aspekt sogar dann, wenn die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) auf unterhalb des ersten Pegels abfällt, nachdem das Steuersignal S1 eines niedrigen Pegels eingegeben wird, wobei die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) größer als der oder gleich dem ersten Pegel ist und der Leistungs-MOSFET 14 richtig eingeschaltet wird, der Leistungs-MOSFET 14 in dem Energie-Ein-Zustand gehalten werden, um mit der Energiezufuhr zur Last 11 fortzufahren, solange wie die Energieversorgungsspannung Vcc' (erzeugte Spannung Vin) nicht auf unterhalb des zweiten Pegels, der die Steuerlogikeinheit 20 richtig ansteuern kann, abfällt.

(3) Maßnahme gegen einen Masseanschlussverbindungsfehler

Die Halbleitervorrichtung 17 beinhaltet eine Ausschalt-Schaltung 50, die den Leistungs-MOSFET 14 zum Ausschalten zwingt, wenn der Masseanschluss P5 nicht richtig mit einer geeigneten Masse verbunden ist und das elektrische Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 um einen Betrag größer als das Sourcepotenzial Vs des Leistungs-MOSFET 14 ist, der gleich einem vierten vorbestimmten Pegel ist (ein Beispiel eines "vorbestimmten Pegels"). Das erzwungene Ausschalten (Ausschalt-Zustand) durch die Ausschalt-Schaltung 50 wird als das "zweite erzwungene Ausschalten (Zustand)" bezeichnet.

Die Ausschalt-Schaltung 50 beinhaltet einen Kurzschluss-FET 51, der ein Schaltelemente ist, das zwischen das Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 geschaltet ist. Das Gate des FET 51 ist mit dem Masseanschluss P5 durch Widerstände 52 und 24 verbunden, so dass eine Spannung, die von dem Potenzial Vgnd an dem Masseanschluss P5 abhängt, an das Gate angelegt wird. Ein Widerstand 53 ist über die Gate-Source des FET 51 geschaltet.

Der FET 51 schaltet sich ein, um das Gate und die Source des Leistungs-MOSFET 14 kurzzuschließen, um den Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten erzwungenen Ausschalt-Zustand zu versetzen, wenn die Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial Vgnd an dem Masseanschluss P5 und dem Sourcepotenzial Vs des Leistungs-MOSFET 14 größer als der oder gleich dem vierten Pegel ist.

Sogar während der Masseanschluss P5 geeignet geerdet ist und sich der Leistungs-MOSFET 14 in dem normalen Ausschalt-Zustand befindet (bei dem er das Steuersignal S1 eines hohen Pegels empfängt), kann eine Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial an der Position, bei der der Masseanschluss P5 geerdet ist, und der Position, bei der die Last geerdet ist, vorhanden sein, wenn diese in einem großen Abstand voneinander entfernt sind, beispielsweise in dem Blech des Fahrzeugs. Das heißt, das Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 kann höher als das Potenzial der Source Vs des Leistungs-MOSFET 14 sein (das Massepotenzial der Last 11), und zwar um einen Betrag, der gleich einem bestimmten Pegel ist (fünfter Pegel). Wenn außerdem der vierte Pegel auf einen Pegel eingestellt ist, der größer als die Schwellenspannung des Leistungs-MOSFET 14 ist (die Spannung zwischen dem Gate und der Source zu dem Zeitpunkt, zu dem der Leistungs-MOSFET 14 in den leitenden Zustand gebracht ist), wird der Leistungs-MOSFET 14 eingeschaltet, wenn der Masseanschluss P5 nicht richtig geerdet ist und das Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 um einen Betrag größer als das Sourcepotenzial Vs des Leistungs-MOSFET 14 (des Massepotenzial der Last 11) wird, der gleich der Schwellenspannung ist.

Um dieses Problem zu vermeiden, wird der vierte Pegel in dem beispielhaften Aspekt auf einen Wert, der größer als die Potenzialdifferenz zwischen dem Masseanschluss P5 und der Source des Leistungs-MOSFET 14 ist, die auftritt, wenn der Masseanschluss P5 richtig geerdet ist und sich der Leistungs-MOSFET 14 in dem normalen Ausschalt-Zustand befindet, und kleiner als die Schwellenspannung des Leistungs-MOSFET 14 eingestellt. Diese Einstellung kann verhindern, dass der Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten erzwungenen Ausschalt-Zustand versetzt wird, wenn der Masseanschluss P5 richtig geerdet ist. Diese Einstellung kann ebenfalls gewährleisten, dass der Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten erzwungenen Ausschalt-Zustand versetzt wird, während verhindert wird, dass der Leistungs-MOSFET 14 eingeschaltet wird, ohne dass der Masseanschluss P5 geerdet ist.

[Weitere Aspekte]

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den oben beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Aspekt beschränkt.

  • (1) Der FET 51, der zwischen dem Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 vorgesehen ist, wird in dem oben beschriebenen beispielhaften Aspekt eingeschaltet, um das Gate und die Source des Leistungs-MOSFET 14 kurzzuschließen, um den Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten Ausschalt-Zustand zu versetzen. Das Gate und die Source des Leistungs-MOSFET 14 müssen jedoch nicht notwendigerweise kurzgeschlossen werden. Eine beliebige Konfiguration, die das Gatepotenzial derart steuert, dass die Spannung über der Gate-Source des Leistungs-MOSFET 14 die Schwellenspannung nicht überschreitet.
  • (2) Das Potenzial Vs der Source des Leistungs-MOSFET 14 und das Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 werden in dem oben beschriebenen beispielhaften Aspekt direkt erfasst, und wenn die Differenz zwischen diesen größer als der oder gleich dem vierten Pegel ist, wird der Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten Ausschalt-Zustand versetzt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Potenzialdifferenz zwischen der positiven Energiequelle und dem Masseanschluss kann erfasst werden, und wenn die Potenzialdifferenz kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, kann der Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten erzwungenen Ausschalt-Zustand versetzt werden. Auf diese Weise kann der zweite erzwungene Ausschalt-Zustand vorgesehen werden, wenn das Potenzial des Masseanschlusses um einen Betrag größer als das Potenzial der Source des Leistungs-MOSFET 14 ist, der gleich dem vierten Pegel ist. Insbesondere sind ein Widerstand und ein FET 60 der ein Schaltelement ist zwischen der Energiequelle 12 und dem Masseanschluss P5 vorgesehen, wie es in 3 gezeigt ist, und eine Teilspannung, die unter Verwendung von Widerständen 63 und 64 erhalten wird, die zwischen der Energiequelle 12 und dem Masseanschluss 5 geschaltet sind, wird an das Gate des FET 60 angelegt. Ein FET 61, der ein Schaltelement ist, ist zwischen das Gate und der Source des Leistungs-MOSFET 14 geschaltet. Der Drain des FET 60 ist mit dem Gate des FET 61 verbunden. Bei dieser Konfiguration schaltet sich, wenn sich das Potenzial Vgnd des Masseanschlusses P5 erhöht und sich die Energieversorgungsspannung Vcc' auf unterhalb eines vorbestimmten Wertes verringert (Energieversorgungspotenzial Vcc, das der vierte Pegel ist), der FET 60 aus, und der FET 61 schaltet sich ein, um den Leistungs-MOSFET 14 in den zweiten erzwungenen Ausschalt-Zustand zu versetzen.


Anspruch[de]
Energieversorgungssteuerung, die aufweist:

einen n-Kanal-MOSFET, der zwischen einer Energiequelle und einer Last vorgesehen ist,

einen Masseanschluss,

eine Gate-Ansteuerschaltung, die strukturiert ist, ein Gate-Anschlusspotenzial des MOSFET zum Einschalten der Energie zu steuern und das Gate-Anschlusspotenzial des MOSFET zum Ausschalten der Energie auf der Grundlage eines Masseanschlusspotenzials zu steuern, und

eine Ausschalt-Schaltung, die strukturiert ist, den MOSFET in einen Ausschalt-Zustand unabhängig von der Steuerung durch die Gate-Ansteuerschaltung zu schalten, wenn das Masseanschlusspotenzial auf einem höheren Wert als ein Sourcepotenzial des MOSFET liegt.
Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 1, wobei der höhere Wert auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Potenzialdifferenz zwischen dem Masseanschluss und einem Source-Anschluss des MOSFET ist, wenn der Masseanschluss geeignet geerdet ist und der MOSFET auf der Grundlage der Gate-Ansteuerschaltung ausgeschaltet ist. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 1, wobei der höhere Wert auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner als eine Schwellenspannung des MOSFET ist. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 2, wobei der höhere Wert auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner als eine Schwellenspannung des MOSFET ist. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 1, wobei die Ausschalt-Schaltung ein Schaltelement aufweist, das zwischen einen Gate-Anschluss und einem Source-Anschluss des MOSFET geschaltet ist, und das Schaltelement einschaltet, um die Spannung zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss auf einen Wert unterhalb einer Schwellenspannung des MOSFET zu verringern, wenn das Masseanschlusspotenzial auf einem höheren Wert als das Sourcepotenzial des MOSFET liegt. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 2, wobei die Ausschalt-Schaltung ein Schaltelement aufweist, das zwischen einen Gate-Anschluss und einen Sourceanschluss des MOSFET geschaltet ist, wobei die Ausschalt-Schaltung das Schaltelement einschaltet, um die Spannung zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss auf einen Wert unterhalb einer Schwellenspannung des MOSFET zu verringern, wenn das Masseanschlusspotenzial auf einem höheren Wert als das Sourcepotenzial des MOSFET liegt. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 3, wobei die Ausschalt-Schaltung ein Schaltelement aufweist, das zwischen einen Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss des MOSFET geschaltet ist, wobei die Ausschalt-Schaltung das Schaltelement einschaltet, um die Spannung zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss auf einen Wert unterhalb einer Schwellenspannung des MOSFET zu verringern, wenn das Masseanschlusspotenzial auf einem höheren Wert als das Sourcepotenzial des MOSFET liegt. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 4, wobei die Ausschalt-Schaltung ein Schaltelement aufweist, das zwischen einen Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss des MOSFET geschaltet ist, wobei die Ausschalt-Schaltung das Schaltelement einschaltet, um die Spannung zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss auf einen Wert unterhalb einer Schwellenspannung des MOSFET zu verringern, wenn das Masseanschlusspotenzial auf einem höheren Wert als das Sourcepotenzial des MOSFET liegt. Energieversorgungssteuerung, die aufweist:

einen MOSFET, der zwischen einer Energiequelle und einer Last vorgesehen ist, wobei der MOSFET außerdem einen Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss enthält,

einen Masseanschluss,

eine Gate-Ansteuerschaltung, die strukturiert ist, ein Gate-Anschlusspotenzial zum Einschalten einer Energie zu steuern und das Gate-Anschlusspotenzial zum Ausschalten einer Energie auf der Grundlage eines Masseanschlusspotenzials zu steuern, und

eine Ausschalt-Schaltung, die in der Lage ist, die Gate-Ansteuerschaltung zu überstimmen, um den MOSFET in einen Ausschalt-Zustand zu schalten, wenn das Masseanschlusspotenzial einem eingestellten Wert entspricht, wobei außerdem der eingestellte Wert auf einem höheren Wert als das Sourcepotenzial des MOSFET liegt.
Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 9, wobei der eingestellte Wert größer als die Potenzialdifferenz zwischen dem Masseanschluss und einem Source-Anschluss des MOSFET ist, wenn der Masseanschluss richtig geerdet ist und der MOSFET auf der Grundlage der Gate-Ansteuerschaltung ausgeschaltet ist. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 9, wobei der eingestellte Wert kleiner als ein Schwellenwert des MOSFET ist. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 9, wobei die Ausschalt-Schaltung ein Schaltelement enthält, das zwischen den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss des MOSFET geschaltet ist. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 12, wobei die Ausschalt-Schaltung das Schaltelement einschaltet, um die Spannung zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss auf einen Wert unterhalb eines Schwellenwertes des MOSFET zu verringern, wenn das Masseanschlusspotenzial auf dem höheren Wert als das Source-Anschlusspotenzial des MOSFET liegt. Energieversorgungssteuerung, die aufweist:

einen MOSFET, der zwischen einer Energiequelle und einer Last vorgesehen ist, wobei der MOSFET außerdem einen Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss enthält,

einen Masseanschluss,

eine Gate-Ansteuerschaltungseinrichtung zum Steuern eines Gate-Anschlusspotenzials des MOSFET zum Einschalten einer Energie und zum Steuern eines Gate-Anschlusspotenzials zum Ausschalten des MOSFETs auf der Grundlage eines Masseanschlusspotenzials, und

eine Ausschalt-Schaltungseinrichtung zum Überstimmen der Gate-Ansteuerschaltung, um den MOSFET in einen Ausschalt-Zustand zu schalten, wenn das Masseanschlusspotenzial einem eingestellten Wert entspricht, wobei außerdem der eingestellte Wert auf einem höheren Wert als ein Source-Anschlusspotenzial des MOSFET liegt.
Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 14, wobei der eingestellte Wert größer als die Potenzialdifferenz zwischen dem Masseanschluss und einem Source-Anschluss des MOSFET ist, wenn der Masseanschluss richtig geerdet ist und der MOSFET auf der Grundlage der Gate-Ansteuerschaltung ausgeschaltet ist. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 14, wobei der eingestellte Wert kleiner als eine Schwellenspannung des MOSFET ist. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 14, wobei die Ausschalt-Schaltungseinrichtung ein Schaltelement enthält, das zwischen den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss des MOSFET geschaltet ist. Energieversorgungssteuerung nach Anspruch 17, wobei die Ausschalt-Schaltungseinrichtung das Schaltelement einschaltet, um die Spannung zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss auf einen Wert unterhalb einer Schwellenspannung des MOSFET zu verringern, wenn das Masseanschlusspotenzial auf dem höheren Wert als das Source-Anschlusspotenzial des MOSFET liegt.






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