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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung, die Leistung von einer Primärseite zu einer Sekundärseite über eine Impulstransformationseinrichtung überträgt und die ein Schaltelement auf der Grundlage von Signalen ansteuert, die zu der Sekundärseite übertragen werden, wobei sie ebenso ein Verfahren zur Steuerung der elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung betrifft.
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2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 7-307653 (
JP-A-7-307653 ) offenbart eine Schaltelementansteuerungsschaltung, die mit einer Steuerungsschaltung, die ein Steuerungssignal erzeugt, das aus Impulsen gebildet ist, deren relative Einschaltdauer bzw. Einschaltzeitverhältnis (duty ratio) gesteuert wird, einer Frequenzteilungsschaltung, die erste und zweite Steuerungssignale ausgibt, einer ersten Ansteuerungsschaltung, die ein erstes Ansteuerungssignal erzeugt, wobei die erste Ansteuerungsschaltung aus einer Impulstransformationseinrichtung und einer Klemmschaltung gebildet ist, die die Gegen-EMK-Spannung (Back-emf-Spannung), die durch die Impulstransformationseinrichtung erzeugt wird, klemmt, einer zweiten Ansteuerungsschaltung, die ein zweites Ansteuerungssignal erzeugt, wobei die zweite Ansteuerungsschaltung aus einer Impulstransformationseinrichtung und einer Klemmschaltung gebildet wird, die die Gegen-EMK-Spannung, die durch die Impulstransformationseinrichtung erzeugt wird, klemmt, und einer Synthetisierschaltung versehen ist, die ein Ansteuerungssignal erzeugt, das ein Schaltelement ansteuert. In der vorstehend genannten Schaltelementansteuerungsschaltung teilt die Frequenzteilungsschaltung die Frequenz des Steuerungssignals und gibt ein erstes Steuerungssignal, in dem eine Hochpegelperiode und eine Niedrigpegelperiode angeordnet sind, sowie ein zweites Steuerungssignal aus, in dem eine Hochpegelperiode während der Niedrigpegelperiode des ersten Steuerungssignals angeordnet ist und eine Niedrigpegelperiode während der Hochpegelperiode des ersten Steuerungssignals angeordnet ist. Die erste Ansteuerungsschaltung erzeugt ein erstes Ansteuerungssignal, indem sie synchron mit dem ersten Steuerungssignal arbeitet, und die zweite Ansteuerungsschaltung erzeugt ein zweites Ansteuerungssignal, indem sie synchron mit dem zweiten Steuerungssignal arbeitet, in dem eine Hochpegelperiode während der Niedrigpegelperiode des ersten Ansteuerungssignals angeordnet ist und eine Niedrigpegelperiode während der Hochpegelperiode des ersten Ansteuerungssignals angeordnet ist. Die Synthetisierschaltung erzeugt das vorstehend beschriebene Ansteuerungssignal, indem das erste Ansteuerungssignal und das zweite Ansteuerungssignal kombiniert werden.
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In der vorstehend beschriebenen Schaltelementansteuerungsschaltung wird jedoch ein Ansteuerungssignal zur Ansteuerung des Schaltelements über eine Impulstransformationseinrichtung übertragen, wobei es nicht notwendigerweise eine exakte Rechteckwelle ist. Folglich kann das Ansteuerungssignal möglicherweise nicht richtig übertragen werden.
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung stellt eine elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Ansteuerungssignal richtig zu übertragen, sowie ein Verfahren zur Steuerung der elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung bereit.
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Eine erste Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung, die umfasst: eine erste Impulstransformationseinrichtung, eine zweite Impulstransformationseinrichtung, eine Einschaltzeitsignalerzeugungseinrichtung, die ein Einschaltzeitsignal mit einem vorbestimmten Einschaltzeitverhältnis erzeugt, eine Impulstransformationseinrichtungsansteuerungseinheit, in die ein Schaltelementansteuerungssignal und ein Einschaltzeitsignal eingegeben werden und die entsprechend dem Einschaltzeitsignal die erste Impulstransformationseinrichtung oder die zweite Impulstransformationseinrichtung ansteuert, welche in Abhängigkeit eines Zustands des Schaltelementansteuerungssignals ausgewählt wird, eine erste Flankenerfassungseinheit, die ein Ein-Aus-Signal entsprechend einer Flanke in einer Vorgleichrichtungsausgabe der ersten Impulstransformationseinrichtung ausgibt, eine zweite Flankenerfassungseinheit, die ein Ein-Aus-Signal entsprechend einer Flanke in einer Vorgleichrichtungsausgabe der zweiten Impulstransformationseinrichtung ausgibt, und eine Steuerungsansteuerungseinheit, die ein anzusteuerndes Schaltelement auf der Grundlage der Ausgabe der ersten Flankenerfassungseinheit und der zweiten Flankenerfassungseinheit ansteuert, wobei die erste Flankenerfassungseinheit, die zweite Flankenerfassungseinheit und die Steuerungsansteuerungseinheit mit einer Leistung arbeiten, die aus einem Gleichrichten der Ausgabe der ersten und zweiten Impulstransformationseinrichtungen resultiert.
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Die erste Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine Wiedergabe bzw. Reproduktion eines Spannungssignals, das durch eine Impulstransformationseinrichtung ausgegeben wird und das nicht notwendigerweise eine exakte Rechteckwelle ist, in einem Zustand, der für eine Ansteuerungssteuerung geeignet ist. Dies ermöglicht eine richtige Übertragung des Schaltelementansteuerungssignals.
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In der ersten Ausgestaltung der Erfindung kann die Impulstransformationseinrichtungsansteuerungseinheit ein erstes Schaltelement, das mit der ersten Impulstransformationseinrichtung verbunden ist, ein zweites Schaltelement, das mit der zweiten Impulstransformationseinrichtung verbunden ist, und eine Temporärimpulssignalerzeugungseinrichtung umfassen, wobei, wenn das Einschaltzeitsignal in einem Hi-Zustand ist, die Impulstransformationseinrichtungsansteuerungseinheit ein Schaltelement aus dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement einschalten kann, das mit einer Impulstransformationseinrichtung verbunden ist, die aus der ersten Impulstransformationseinrichtung und der zweiten Impulstransformationseinrichtung anzusteuern ist, und wenn das Einschaltzeitsignal in einem Low-Zustand bzw. Niedrig-Zustand bei einem Starten zur Ansteuerung der anzusteuernden Impulstransformationseinrichtung ist, kann die Temporärimpulssignalerzeugungseinrichtung ein temporäres Impulssignal zum temporären Einschalten des Schaltelements ausgeben, das mit der anzusteuernden Impulstransformationseinrichtung verbunden ist.
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In der ersten Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuerungsansteuerungseinheit ebenso eine Impedanz zwischen einem Bezugspotentialpunkt und einem Ansteuerungsanschluss des anzusteuernden Schaltelements nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit, seitdem das anzusteuernde Schaltelement ausgeschaltet ist, verringern.
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In der ersten Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung ebenso ferner eine Anomalieerfassungseinheit, die eine Anomalie in dem anzusteuernden Schaltelement erfasst, und eine Anomalieübertragungseinheit umfassen, die ein Signal, das eine durch die Anomalieerfassungseinheit erfasste Anomalie anzeigt, über eine nicht angesteuerte Impulstransformationseinrichtung aus den ersten und zweiten Impulstransformationseinrichtungen ausgibt.
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Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung einer elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung, die eine erste Impulstransformationseinrichtung, eine zweite Impulstransformationseinrichtung und ein anzusteuerndes Schaltelement umfasst, wobei das Verfahren umfasst: ein Erzeugen eines Einschaltzeitsignals, das ein vorbestimmtes Einschaltzeitverhältnis aufweist, ein Ansteuern entsprechend dem Einschaltzeitsignal einer der ersten Impulstransformationseinrichtung und der zweiten Impulstransformationseinrichtung, die in Abhängigkeit von dem Zustand eines Schaltelementansteuerungssignals ausgewählt wird, ein Ausgeben eines ersten Ein-Aus-Signals entsprechend einer Flanke in einer Vorgleichrichtungsausgabe der ersten Impulstransformationseinrichtung, ein Ausgeben eines zweiten Ein-Aus-Signals entsprechend einer Flanke in einer Vorgleichrichtungsausgabe der zweiten Impulstransformationseinrichtung, und ein Ansteuern des anzusteuernden Schaltelements auf der Grundlage des ersten Ein-Aus-Signals und des zweiten Ein-Aus-Signals.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die vorstehend genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen zur Darstellung gleicher Elemente verwendet werden. Es zeigen:
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1 ein Konfigurationsbeispiel einer elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
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2 ein Konfigurationsbeispiel einer Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 ein Zeitablaufdiagramm, das Änderungen über der Zeit für ein Schaltelementansteuerungssignal und ein Einschaltzeitsignal, die einer Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 eingegeben werden, ein Spannungssignal, das von der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 an ein erstes Schaltelement 14 ausgeben wird, und ein Spannungssignal veranschaulicht, das von einer Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 an ein zweites Schaltelement 16 ausgegeben wird,
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4 ein Konfigurationsbeispiel einer ersten Flankenerfassungsschaltung 40,
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5 ein Konfigurationsbeispiel einer Steuerungsansteuerungsschaltung 44,
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6 ein beispielhaftes Diagramm zur Beschreibung eines Phänomens, in dem ein Ansteuerungsstart einer Impulstransformationseinrichtung durch eine Kombination von Phasen eines Schaltelementansteuerungssignals und eines Einschaltzeitsignals verzögert wird,
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7 ein Konfigurationsbeispiel einer Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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8 ein Konfigurationsbeispiel einer One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D,
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9 ein Zeitablaufdiagramm der Änderung über der Zeit eines Schaltelementansteuerungssignals und eines Einschaltzeitsignals, die der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 eingegeben werden, eines Ausgabesignals der One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D, eines Spannungssignals, das von der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 an das erste Schaltelement 14 ausgegeben wird, und eines Spannungssignals, das von der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 an das zweite Schaltelement 16 ausgegeben wird, in einem Fall, in dem die One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 hinzugefügt wird,
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10 ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungsansteuerungsschaltung 44 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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11 ein Zeitablaufdiagramm, das die Änderung über der Zeit eines Signals, das der Steuerungsansteuerungsschaltung 44 von der ersten Flankenerfassungsschaltung 40 eingegeben wird, eines Signals, das der Steuerungsansteuerungsschaltung 44 von einer zweiten Flankenerfassungsschaltung 42 eingegeben wird, eines Ausgabesignals eines Flip-Flops 44A, eines Ausgabesignals eines P-Kanaltransistors 44C und eines N-Kanaltransistors 44D, eines Ausgabesignals einer Vergleichseinrichtung 44I und der Änderung über der Zeit des Zustands eines SW-Treibers 44J in dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
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12 ein Konfigurationsbeispiel einer elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung 4 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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13 ein Konfigurationsbeispiel einer Anomalieinformationsübertragungsansteuerungsschaltung 48, und
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14 ein Konfigurationsbeispiel einer Negativspannungserfassungsschaltung 54.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Eine elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend beschrieben. Die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die eine Leistung und Signale von einer Primärseite zu einer Sekundärseite über eine Impulstransformationseinrichtung überträgt und die ein Schaltelement auf der Sekundärseite auf der Grundlage der übertragenen Signale ansteuert.
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1 ist ein Konfigurationsbeispiel der elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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(Primärseite)
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Die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung 1 weist eine Einschaltzeitsignalerzeugungsschaltung 10, eine Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12, ein erstes Schaltelement 14, ein zweites Schaltelement 16 und eine Leistungsquelle 18 als primärseitige Bauelemente auf.
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Die Einschaltzeitsignalerzeugungsschaltung 10 gibt ein Spannungssignal (Einschaltzeitsignal bzw. Duty-Signal), das beispielsweise eine relative Einschaltdauer bzw. ein Einschaltzeitverhältnis bzw. Tastverhältnis (duty ratio) von 50% aufweist, an die Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 aus.
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Neben dem Einschaltzeitsignal hat die Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 ein Schaltelementansteuerungssignal eingegeben, das ein Signal zur Ansteuerung des anzusteuernden sekundärseitigen Schaltelements 60 ist. 2 ist ein Konfigurationsbeispiel der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 weist beispielsweise ein UND-Gatter 12A, zu dem ein Schaltelementansteuerungssignal und ein Einschaltzeitsignal eingegeben werden, und ein UND-Gatter 12C auf, zu dem ein Umkehrsignal des Schaltelementansteuerungssignals, das durch ein invertierendes Gatter 12B umgekehrt wird, und das Einschaltzeitsignal eingegeben werden. Die Ausgabe des UND-Gatters 12A wird dem ersten Schaftelement 14 eingegeben, und die Ausgabe des UND-Gatters 12C wird dem zweiten Schaltelement 16 eingegeben.
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3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das Änderungen über der Zeit für ein Schaltelementansteuerungssignal ((A) in der Figur) und ein Einschaltzeitsignal ((B) in der Figur), die der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 eingegeben werden, ein Spannungssignal ((C) in der Figur), das von der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 an das erste Schaltelement 14 ausgegeben wird, und ein Spannungssignal ((D) in der Figur), das von der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 an das zweite Schaltelement 16 ausgeben wird, veranschaulicht.
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Das erste Schaltelement 14 und das zweite Schaltelement 16 sind N-Kanaltransistoren. Wenn es durch eine Eingabe eines Spannungssignals, das einen Schwellenwert überschreitet, eingeschaltet wird, verbindet das erste Schaltungselement 14 elektrisch die Leistungsquelle 18 und eine Primärwicklung einer ersten Impulstransformationseinrichtung 20. Wenn es durch eine Eingabe eines Spannungssignals, das einen Schwellenwert überschreitet, eingeschaltet wird, verbindet das zweite Schaltelement 16 elektrisch die Leistungsquelle 18 und eine Primärwicklung einer zweiten Impulstransformationseinrichtung 22.
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Die vorstehend beschriebene Konfiguration und der vorstehend beschriebene Betrieb ermöglichen ein Unterdrücken einer Sättigung der Impulstransformationseinrichtungen und ermöglichen eine kontinuierliche Zufuhr von Leistung zu der Sekundärseite. Zusätzlich sind keine speziellen Einschränkungen bezüglich des Einschaltzeitverhältnisses zur Steuerung des anzusteuernden Schaltelements 60 auferlegt (das Einschaltzeitverhältnis kann von 0% bis 100% reichen). Dies sorgt für eine größere Steuerungsfreiheit. Außerdem kann die Einschaltzeitsignalerzeugungsschaltung 10 eine eigenständige Schaltung sein, wodurch sowohl die Größe als auch der Stromverbrauch der Vorrichtung verringert werden kann. Ebenso ist die Oszillationsfrequenz einzeln, was Gegenmaßnahmen gegen Rauschen vereinfacht.
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(Sekundärseite)
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Eine Beschreibung bezüglich der Bauelemente der Sekundärseite der elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung 1 folgt als nächstes. Die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung 1 weist als sekundärseitige Bauelemente Dioden 30, 32, einen Kondensator 34, eine erste Flankenerfassungsschaltung 40, eine zweite Flankenerfassungsschaltung 42 und eine Steuerungsansteuerungsschaltung 44 auf.
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Die Diode 30 und der Kondensator 34 richten die Ausgabe der Sekundärwicklung der ersten Impulstransformationseinrichtung 20 gleich und geben die gleichgerichtete Ausgabe an eine Lastseite aus. Die Diode 32 und der Kondensator 34 richten die Ausgabe der Sekundärwicklung der zweiten Impulstransformationseinrichtung 22 gleich und geben die gleichgerichtete Ausgabe an die Lastseite aus. Die erste Flankenerfassungsschaltung 40, die zweite Flankenerfassungsschaltung 42 und die Steuerungsansteuerungsschaltung 44 arbeiten, indem sie mit einer Leistung versorgt werden, die durch die vorstehend beschriebenen Dioden und den Kondensator gleichgerichtet ist. Die Vorgleichrichtungsausgabe der sekundären Wicklung der ersten Impulstransformationseinrichtung 20 wird als ein Spannungssignal der ersten Flankenerfassungsschaltung 40 eingegeben. Die Vorgleichrichtungsausgabe der sekundären Wicklung der zweiten Impulstransformationseinrichtung 22 wird als ein Spannungssignal der zweiten Flankenerfassungsschaltung 42 eingegeben.
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4 ist ein Konfigurationsbeispiel der ersten Flankenerfassungsschaltung 40. Die erste Flankenerfassungsschaltung 40 weist beispielsweise einen Kondensator 40A, einen Widerstand 40B, eine Bezugsspannungserzeugungseinrichtung 40C, einen N-Kanaltransistor 40D und ein invertierendes Gatter 40E auf. Die zweite Flankenerfassungsschaltung 42 kann die gleiche Konfiguration wie die erste Flankenerfassungsschaltung 40 aufweisen.
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Der Kondensator 40A und der Widerstand 40B fungieren als Hochpassfilter. Als Ergebnis wird eine Spannung an den N-Kanaltransistor 40D für eine kurze Zeit entsprechend der Flanke (ansteigende Flanke oder fallende Flanke) des eingegebenen Spannungssignals angelegt (eine hohe Spannung, die für die ansteigende Flanke angelegt wird, und eine niedrige Spannung, die für die fallende Flanke angelegt wird). Eine Spannung des Spannungssignals, das dem invertierenden Gatter 40E eingegeben wird, ist niedrig (nachstehend als Spannungssignal in einem Low-Zustand bzw. Niedrig-Zustand bezeichnet), wenn der N-Kanaltransistor 40D eingeschaltet wird. Eine Spannung des Spannungssignals, das dem invertierenden Gatter 40E eingegeben wird, ist hoch (nachstehend als Spannungssignal in einem Hi-Zustand bezeichnet), wenn der N-Kanaltransistor 40D ausgeschaltet wird. Folglich ist der N-Kanaltransistor 40D nur bei einem Ansteigen des Spannungssignals, das der ersten Flankenerfassungsschaltung 40 eingegeben wird, in dem eingeschalteten Zustand. Zu dieser Zeit ist das Spannungssignal, das dem invertierenden Gatter 40E eingegeben wird, in einem Low-Zustand, während das Spannungssignal, das abschließend ausgegeben wird, in einem Hi-Zustand ist. Als Ergebnis gibt die erste Flankenerfassungsschaltung 40 ein Hi-Zustand-Spannungssignal bei einem Ansteigen des eingegebenen Spannungssignals aus.
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5 ist ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungsansteuerungsschaltung 44. Die Steuerungsansteuerungsschaltung 44 weist beispielsweise ein Flip-Flop 44A, ein invertierenden Gatter 44B, einen P-Kanaltransistor 44C, einen N-Kanaltransistor 44D und einen Widerstand 44E auf.
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Die Ausgabe der ersten Flankenerfassungsschaltung 40 wird einem S-Anschluss (Einstell-Anschluss bzw. Set-Anschluss) des Flip-Flops 44A eingegeben, während die Ausgabe der zweiten Flankenerfassungsschaltung 42 einem R-Anschluss (Rücksetz-Anschluss bzw. Reset-Anschluss) des Flip-Flops 44A eingegeben wird.
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Ein Hi-Zustand-Spannungssignal wird dem invertierenden Gatter 44B über eine Zeitdauer eingegeben, die sich von dem Zeitpunkt, zu dem sich die Ausgabe der ersten Flankenerfassungsschaltung 40 zu einem Hi-Zustand ändert, wobei die Ausgabe der zweiten Flankenerfassungsschaltung 42 in einem Low-Zustand ist, zu dem Zeitpunkt erstreckt, zu dem sich die Ausgabe der zweiten Flankenerfassungsschaltung 42 zu einem Hi-Zustand ändert, wobei die Ausgabe der ersten Flankenerfassungsschaltung 40 in einem Low-Zustand ist. Zu anderen Zeiten wird dem invertierenden Gatter 44B ein Low-Zustand-Spannungssignal eingegeben. Das Schaltelementansteuerungssignal, das der Primärseite zugeführt wird, wird folglich in dem Signal, das dem invertierenden Gatter 44B eingegeben wird, reproduziert.
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Ein Umkehrungssignal des Spannungssignals, das durch das invertierende Gatter 44B umgekehrt wird, wird wieder durch den P-Kanaltransistor 44C und den N-Kanaltransistor 44D umgekehrt und an das Gatter bzw. den Gate-Anschluss des anzusteuernden Schaltelements 60 über den Widerstand 44E angelegt. Als Ergebnis wird das anzusteuernde Schaltelement 60 auf der Grundlage des Schaltelementansteuerungssignals, das der Primärseite eingegeben wird, angesteuert. Das anzusteuernde Schaltelement 60 ist beispielsweise ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ein Leistungsmetalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET).
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In dem in 1 gezeigten Bild fungiert das Schaltelement, das durch das anzusteuernde Schaltelement 60 bezeichnet wird, als ein Umrichter bzw. Inverter, der eine Vielzahl von Sätzen parallel verwendet, wobei jeder Satz aus dem anzusteuernden Schaltelement 60 und einem Teil oder der Gesamtheit der elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung 1 gebildet ist. Das Schaltelement ist nicht hierauf begrenzt und kann als ein Wandler fungieren, der einen Satz verwendet.
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Die vorstehend beschriebene Konfiguration ermöglicht es, dass ein Spannungssignal, das durch eine Impulstransformationseinrichtung ausgegeben wird, wobei dieses nicht notwendigerweise ein exaktes Rechteckwellensignal ist, in einem Zustand reproduziert wird, der für eine Ansteuerungssteuerung geeignet ist, da das ausgegebene Signal jeder Flankenerfassungsschaltung ein Ein-Aus-Signal ist, d. h. ein Rechteckwellenspannungssignal. Dies ermöglicht eine geeignete Übertragung des Schaltelementansteuerungssignals.
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Die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglicht eine geeignete Übertragung eines Schaltelementansteuerungssignals.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Eine elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend beschrieben. Die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die nun ergänzende Merkmale zur Verhinderung einer Verzögerung eines Ansteuerungsstarts der Impulstransformationseinrichtung aufweist. Die nachstehende Beschreibung beschäftigt sich folglich lediglich mit der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12.
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Eine Verzögerung eines Ansteuerungsstarts der Impulstransformationseinrichtung wird zuerst beschrieben. In einer Vorrichtung, wie beispielsweise der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, kann ein Ansteuerungsstart der Impulstransformationseinrichtung durch eine Kombination einer Phase eines Schaltelementansteuerungssignals und einer Phase eines Einschaltzeitsignals verzögert werden. 6 ist ein beispielhaftes Diagramm zur Erklärung eines derartigen Phänomens. In diesem Phänomen startet, wenn das Einschaltzeitsignal in einem Low-Zustand bei einem Ansteuerungsstart einer der Impulstransformationseinrichtungen ist (bei einem Ansteigen oder Fallen des Schaltelementansteuerungssignals), die Impulstransformationseinrichtungen nicht damit, angesteuert zu werden, bis zu dem nächsten Einschaltzeitsignal, das in dem Hi-Zustand ist, wie es in der Figur veranschaulicht ist. Als Ergebnis wird ein Ansteuerungsstart der Impulstransformationseinrichtungen um höchstens eine halbe Periode des Einschaltzeitsignals verzögert. Der Ansteuerungsstartzeitpunkt des anzusteuernden Schaltelements 60 ist ebenso in Bezug auf das Schaltelementansteuerungssignal verzögert.
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7 zeigt ein Konfigurationsbeispiel der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Verbesserung hinsichtlich des vorstehend beschriebenen Problems darstellt. Wie es in der Figur veranschaulicht ist, weist die Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein UND-Gatter 12A, ein invertierendes Gatter 12B und ein UND-Gatter 12C wie in dem ersten Ausführungsbeispiel auf, wobei sie zusätzlich eine Einzelimpulserzeugungsschaltung bzw. eine One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D sowie ODER-Gatter 12E, 12F aufweist.
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8 zeigt ein Konfigurationsbeispiel der One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D. Die One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D weist ein Puffergatter 12G, einen Widerstand 12H, einen Kondensator 12I und ein Exklusiv-ODER-Gatter 12J auf.
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Eine Spannungsübertragung durch das Puffergatter 12G, den Widerstand 12H und den Kondensator 12I wird bei einem Ansteigen und Fallen des Schaltelementansteuerungssignals, das der One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D eingegeben wird, verzögert. Als Ergebnis werden die zwei Spannungssignale, die dem Exklusiv-ODER-Gatter 12J eingegeben werden, zeitweilig ungleich. Bei einem Ansteigen und Fallen des Schaltelementansteuerungssignals gibt folglich die One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D ein Hi-Zustand-Spannungssignal für eine kurze Zeit aus.
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9 zeigt ein Zeitablaufdiagramm der Änderung über der Zeit eines Schaltelementansteuerungssignals ((A) in der Figur) und eines Einschaltzeitsignals ((B) in der Figur), die der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 eingegeben werden, eines Ausgangssignals ((A#) in der Figur) der One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D, eines Spannungssignals ((C) in der Figur), das von der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 zu dem ersten Schaltelement 14 ausgeben wird, und eines Spannungssignals ((D) in der Figur), das von der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 zu dem zweiten Schaltelement 16 ausgeben wird, in einem Fall, in dem die One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D zu der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 hinzugefügt ist. Wie es in der Figur veranschaulicht ist, kompensiert das Ausgangssignal der One-Shot-Impulserzeugungsschaltung 12D die fehlende Ausgabe der Impulstransformationseinrichtungsansteuerungssignalerzeugungsschaltung 12 zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Ansteuerungsstart der Impulstransformationseinrichtung in dem Beispiel gemäß 6 verzögert ist. Als Ergebnis können die Impulstransformationseinrichtungen schneller angesteuert werden, wenn das Schaltelementansteuerungssignal ansteigt oder fällt. Das anzusteuernde Schaltelement 60 kann folglich mit einer besseren Ansprechempfindlichkeit hinsichtlich Änderungen in dem Schaltelementansteuerungssignal gesteuert werden.
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Wenn sie als ein Wandler fungiert, leistet die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise eine größere Ausgangsspannungsgenauigkeit und eine höhere Schaltfrequenz, wobei sie eine Reduktion der Größe und eine Verringerung der Kosten der Schaltelemente und der Wandlerinduktivitäten ermöglicht.
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Gleichsam kann die Schaltfrequenz beispielsweise vergrößert werden, wenn die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Inverter fungiert.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Eine elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als nächstes beschrieben. In der elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Steuerungsansteuerungsschaltung 44 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel durch eine Steuerungsansteuerungsschaltung ersetzt, die in der Lage ist, eine eigene Ansteuerungsimpedanz zu modifizieren. Dementsprechend wird lediglich die Steuerungsansteuerungsschaltung 44 nachstehend beschrieben.
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10 ist ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungsansteuerungsschaltung 44 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie es in der Figur veranschaulicht ist, weist die Steuerungsansteuerungsschaltung 44 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ein Flip-Flop 44A, ein invertierendes Gatter 44B, einen P-Kanaltransistor 44C, einen N-Kanaltransistor 44D und einen Widerstand 44E wie in dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel auf, wobei sie zusätzlich einen N-Kanaltransistor 44F, einen Kondensator 44G, eine Bezugsspannungserzeugungseinrichtung 44H, eine Vergleichseinrichtung 44I und einen SW-Treiber 44J aufweist. Die ergänzenden Bauelemente, die denen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel hinzugefügt sind, sind mit dem Ausgangsanschluss des Flip-Flops 44A und dem Ausgangsanschluss der Steuerungsansteuerungsschaltung 44 verbunden.
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Wenn die Ausgabe des Flip-Flops 44A sich von dem Hi-Zustand zu dem Low-Zustand ändert, wird der N-Kanaltransistor 44F ausgeschaltet. Daraufhin würde das Potential bei einem Punkt U# in der Figur ansteigen, wobei es aber nicht das Bezugspotential der Vergleichseinrichtung 44I erreicht, bis eine bestimmte Ladung in dem Kondensator 44G gespeichert ist. Die vorstehend beschriebene Konfiguration fungiert folglich als ein Zeitgeber, wobei der SW-Treiber 44J eingeschaltet wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, seit die Ausgabe des Flip-Flops 44A sich von dem Hi-Zustand zu dem Low-Zustand geändert hat.
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Als Ergebnis nimmt die Impedanz zwischen einem Masseanschluss und dem Gate-Anschluss des anzusteuernden Schaltelements 60 ab, nachdem eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, seit das anzusteuernde Schaltelement 60 ausgeschaltet ist (d. h., seit die Ausgabe des Flip-Flops 44A sich von dem Hi-Zustand zu dem Low-Zustand geändert hat).
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Umgekehrt wird, wenn sich die Ausgabe des Flip-Flops 44A von dem Low-Zustand zu dem Hi-Zustand ändert, der N-Kanaltransistor 44F eingeschaltet, und ein Punkt U# in der Figur schließt sich mit dem Masseanschluss kurz, woraufhin das Potential bei dem Punkt U# schnell abfällt.
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11 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das die Änderung über der Zeit eines Signals, das der Steuerungsansteuerungsschaltung 44 von der ersten Flankenerfassungsschaltung 40 eingegeben wird ((F) in der Figur), eines Signals, das der Steuerungsansteuerungsschaltung 44 von der zweiten Flankenerfassungsschaltung 42 eingegeben wird ((H) in der Figur), des Ausgabesignals des Flip-Flops 44A ((Q) in der Figur), der Ausgabesignale des P-Kanaltransistors 44C und des N-Kanaltransistors 44D ((T) in der Figur), des Ausgabesignals der Vergleichseinrichtung 44I ((U) in der Figur), und die Änderung über der Zeit des Zustands des SW-Treibers 44J gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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Ein irrtümliches bzw. fehlerhaftes Einschalten des anzusteuernden Schaltelements 60, das durch den Betrieb des entgegengesetzten Arms verursacht wird, kann durch die vorstehend beschriebene Konfiguration verhindert werden. Spezifisch wird es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich zu verhindern, dass das anzusteuernde Schaltelement 60 durch eine Ansteuerung anderer Vorrichtungen, die parallel dazu angeschlossen sind, eingeschaltet wird, wenn eine Vielzahl von Sätzen parallel verwendet wird, wobei jeder Satz aus dem anzusteuernden Schaltelement 60 und einem Teil oder der Gesamtheit der elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung gebildet wird.
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Außerdem nimmt die Impedanz zwischen dem Masseanschluss und dem Gate-Anschluss des anzusteuernden Schaltelements 60 ab, nachdem eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, seitdem das anzusteuernde Schaltelement 60 ausgeschaltet ist. Dies ermöglicht ein Unterdrücken von Problemen, wie beispielsweise einer Fehlfunktion des anzusteuernden Schaltelements 60, die durch abrupte Spannungsänderungen verursacht werden.
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Zusätzlich zu den Effekten, die in dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben sind, ermöglicht die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Schutz des anzusteuernden Schaltelements 60 usw. durch ein Vermeiden von abrupten Spannungsänderungen, und sie ermöglicht ein Verhindern eines fehlerhaften Einschaltens des anzusteuernden Schaltelements 60 aufgrund des Betriebs des entgegengesetzten Arms.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Eine elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung 4 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als nächstes beschrieben. Die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Merkmale der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele auf, wobei sie zusätzlich so konfiguriert ist, dass sie Anomalien in dem anzusteuernden Schaltelement 60 erfasst und die Anomalien zu der Primärseite überträgt.
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12 ist ein Konfigurationsbeispiel der elektrisch isolierten Schaltelementansteuerungsvorrichtung 4 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zusätzlich zu der Konfiguration der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele weist die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung 4 ebenso eine Anomalieerfassungsschaltung 46, eine Anomalieinformationsübertragungsansteuerungsschaltung 48, P-Kanaltransistoren 50, 52, die jeweils mit beiden Anschlüssen von Dioden 30, 32 kurzgeschlossen sind, und eine Negativspannungserfassungsschaltung 54 auf.
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13 ist ein Konfigurationsbeispiel der Anomalieinformationsübertragungsansteuerungsschaltung 48. Die Anomalieerfassungsschaltung 46 führt einen herkömmlichen Anomalieerfassungsbetrieb aus, wie beispielsweise eine Überstromerfassung oder eine Überhitzungserfassung. Die Anomalieerfassungsschaltung 46 gibt ein Hi-Zustand-Spannungssignal aus, wenn das anzusteuernde Schaltelement 60 in einem normalen Zustand ist, und ein Low-Zustand-Spannungssignal aus, wenn das anzusteuernde Schaltelement 60 in einem anomalen Zustand ist. Die Anomalieinformationsübertragungsansteuerungsschaltung 48 weist beispielsweise ein ODER-Gatter 48A, zu dem das Ausgabesignal der Anomalieerfassungsschaltung 46 und das Ausgabesignal des Flip-Flops 44A eingegeben werden, ein ODER-Gatter 48C, zu dem das Ausgabesignal der Anomalieerfassungsschaltung 46 und ein Umkehrungssignal des Ausgabesignals des Flip-Flops 44A zugeführt werden, das durch ein invertierendes Gatter 48B umgekehrt wird, und Puffergatter 48D, 48E auf, die die Ausgabe der ODER-Gatter übertragen.
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Wenn das Ausgabesignal der Anomalieerfassungsschaltung 46 in einem Low-Zustand ist, wird einer der P-Kanaltransistoren 50, 52, die mit der nicht anzusteuernden Impulstransformationseinrichtung verbunden ist, eingeschaltet. Als Ergebnis fließt eine Leistung, die von der Impulstransformationseinrichtung zugeführt wird, die angesteuert wird, zu dem Masseanschluss über die nicht angesteuerte Impulstransformationseinrichtung, während die Leistung, deren Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung während einer normalen Ansteuerung ist, durch die primäre Wicklung der nicht angesteuerten Impuistransformationseinrichtung fließt.
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Als Ergebnis wird die Spannung zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss des Schaltelements, das nicht ein-aus-gesteuert wird, aus dem ersten Schaltelement 14 und dem zweiten Schaltelement 16 negativ. Die Größe dieser negativen Spannung ist gleich zu der der Durchlassspannung Vf (beispielsweise etwa –0,7 V) einer parasitären Diode des ersten Schaltelements 14 oder des zweiten Schaltelements 16.
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Die negative Spannung, die so erzeugt wird, wird durch die Negativspannungserfassungsschaltung 54 erfasst. 14 ein Konfigurationsbeispiel der Negativspannungserfassungsschaltung 54, Die Negativspannungserfassungsschaltung 54 weist beispielsweise einen Analogschalter 54A, der mit den Eingangsanschlüssen der Primärwicklungen der Impulstransformationseinrichtungen verbunden ist, und der die Impulstransformationseinrichtung, mit der eine elektrische Verbindung herzustellen ist, auf der Grundlage des Schaltansteuerungssignals auswählen kann, eine Bezugsspannungserzeugungseinrichtung 54B und eine Vergleichseinrichtung 54C auf. In der vorstehend beschriebenen Konfiguration gibt die Negativspannungserfassungsschaltung 54 ein Hi-Zustand-Spannungssignal nach außen (Primärseite) aus, wenn das anzusteuernde Schaltelement 60 in einem anomalen Zustand ist.
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Die vorstehend beschriebene Konfiguration ermöglicht es, Anomalien auf der Sekundärseite zu der Primärseite zu übertragen, und ermöglicht eine schnelle Ausführung verschiedener Ausfallsicherungsverarbeitungen. Die Konfiguration verbessert im Vergleich zu einer Bereitstellung einer Einrichtung, wie beispielsweise eines Fotokopplers, eine Komponentenzuverlässigkeit, während Kosten eingedämmt werden.
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Die elektrisch isolierte Schaltelementansteuerungsvorrichtung 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglicht ein Übertragen von Anomalien auf der Sekundärseite zu der Primärseite.
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Beispiele bevorzugter Ausführungsbeispiele zur Ausführung der Erfindung sind vorstehend beschrieben worden, wobei aber die Erfindung in keinerlei Weise auf diese Bespiele beschränkt ist, wobei verschiedene Modifikationen und Ersetzungen bei den Beispielen ausgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung kann beispielsweise bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen oder Kraftfahrzeugbauelementen verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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