CN104247245B - 功率转换装置的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具备：警示信号生成电路，所述警示信号生成电路检测为执行保护构成功率转换装置的半导体元件的动作所必需的信息，生成具有与保护缘由相对应的脉冲宽度的警示信号，并向外部输出该警示信号；温度信号生成电路，所述温度信号生成电路检测所述半导体元件的温度，并生成周期不同于所述警示信号的脉冲宽度的、与所述温度相关的PWM信号；以及输出控制电路，所述输出控制电路在平时选择所述PWM信号，而在产生了所述警示信号时选择所述警示信号以取代所述PWM信号，并将其向外部输出。

Description

功率转换装置的控制装置
技术领域
本发明涉及一种对构成功率转换装置的半导体元件进行驱动，并且具备保护半导体元件的功能的功率转换装置的控制装置。
背景技术
近来，智能功率模块(Intelligent Power Module：IPM)正受到瞩目。将由例如IGBT等功率晶体管构成的多个半导体元件及其驱动电路连同针对所述各半导体元件的过电流、控制电源的电压下降、过热等异常而设置的保护电路一起，模块化成一个电子元器件，从而构成该智能功率模块。此外，在例如专利文献1中，提倡了如下技术方案：除分别检测上述异常的多个保护电路之外，在所述智能功率模块中还装入根据各保护电路检测到的异常的种类，向外部输出具有预设脉冲宽度的警示信号的通知电路。
图8是表示此类功率转换装置的控制装置的大概结构的框图。该功率转换装置的控制装置1具备将直流电转换成交流电的逆变器2。构成逆变器2的多个半导体元件(本例中为6个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors：绝缘栅双极型晶体管)11～16)分别被驱动电路3U～3Z独立驱动。图中的21～26分别表示反向并联在所述IGBT11～16的各自的发射极和集电极之间的续流二极管。
构成逆变器2的6个IGBT11～16两两串联连接，构成三组半桥式电路。这些半桥式电路分别介于与未图示的直流电源相连接的正极端子P和负极端子N之间。并列设置的所述3组半桥式电路构成三相全桥式电路，将在所述正极端子P和所述负极端子N之间提供的直流电转换成三相交流电。由该逆变器2转换而成的三相交流电被提供给电动机等交流负载4。
具体而言，构成所述逆变器2的6个IGBT11～16中，连接在正极端子P一侧的IGBT11、12、13构成上臂，分别生成三相交流的U相、V相和W相的正功率。而连接在负极端子N一侧的IGBT14、15、16构成下臂，分别生成三相交流的X相、Y相和Z相的负功率。这些IGBT11～16由于所述驱动电路3U～3Z而具备相互不同的相位，通过对它们进行导通/截止驱动，来切换所述直流电。所述IGBT11～16从它们之间的串联连接点经由输出端子U、V、W输出三相交流电。
另外，如同以图9的驱动电路3X的简要结构为代表所示出的那样，所述驱动电路3U～3Z都具备栅极控制电路31，该栅极控制电路31接收由未图示的逆变器控制部提供的控制信号Sm作为输入，对所述IGBT14的栅极进行导通/截止控制。所述控制信号Sm由在所述逆变器控制部进行的与所述U相～Z相分别相对应的相位控制下进行了脉冲宽度调制(PWM)后得到的脉冲信号所构成。
从后述的保护信号生成电路35向所述栅极控制电路31输入保护信号(驱动停止信号)Sp。当所述保护信号Sp为截止(H电平)时，该栅极控制电路31向所述IGBT14的栅极施加所述控制信号Sm，对该IGBT14进行导通/截止驱动。而在所述保护信号Sp为导通(L电平)时，所述栅极控制电路31阻止所述控制信号Sm通过。由于阻止该控制信号Sm通过，禁止了所述IGBT14的驱动，由此保护IGBT14不会出现异常。
作为实现保护所述IGBT14的功能的多个保护电路，所述驱动电路3X具备控制电压检测电路32、电流检测电路33以及温度检测电路34。控制电压检测电路32具备第1比较器CP1，该第1比较器CP1对由外部电源所提供的该驱动电路3U的控制电压Vcc和预设的第1阈值电压Vth1进行比较。当所述控制电压Vcc下降到第1阈值电压Vth1以下时，由该第1比较器CP1构成的控制电压检测电路32将该情况检测为控制电压Vcc异常下降，输出H电平的电压异常检测信号Svd。
另外，所述电流检测电路33还具备第2比较器CP2，该第2比较器CP2对电压Vi和预设的第2阈值电压Vth2进行比较，该电压Vi表示从所述IGBT14的电流检测发射极检测出的、流过该IGBT14的电流I。当所述电压Vi超过第2阈值电压Vth2时，由该第2比较器CP2构成的电流检测电路33将该情况检测为过电流，输出H电平的过电流异常检测信号Soc。
进一步地，所述温度检测电路34具备第3比较器CP3，该第3比较器CP3对电压Vt和预设的第3阈值电压Vth3进行比较，该电压Vt表示所述IGBT14的温度T、具体而言表示形成有所述IGBT14的半导体芯片的温度T，所述温度T由作为温度传感器被装入与所述IGBT14相同半导体芯片中的温度检测用二极管18进行检测。当所述电压Vt低于第3阈值电压Vth3时，由该第3比较器CP3构成的温度检测电路34将该情况检测为过热，输出H电平的过热异常检测信号Soh。
当所述各检测电路32、33、34中的任一个输出了所述异常检测信号Svd、Soc、Soh时，保护信号生成电路35经由或门电路36而被激活，在一定时长内生成L电平的所述保护信号Sp，提供给所述栅极控制电路31。该保护信号Sp还经由端子AE被提供其他的驱动电路3Y、3Z。由此，利用该保护信号Sp，不仅能够禁止驱动所述IGBT14，还能够禁止驱动其余的IGBT15、16。
另一方面，所述各检测电路32、33、34分别输出的所述异常检测信号Svd、Soc、Soh被提供给警示信号生成电路37。在从所述检测电路32、33、34处接收到所述异常检测信号Svd、Soc、Soh时，该警示信号生成电路37生成警示信号。例如如图10(a)～(c)所示，该警示信号由分别预先与所述各检测电路32、33、34设置了对应关系的、以规定脉冲间隔Ta相连的、具有不同脉冲宽度Tvd、Toc、Toh的脉冲信号序列构成。顺带一提，构成所述警示信号的脉冲信号序列的上述各脉冲宽度Tvd、Toc、Toh被设定为例如Tvd(＝T),Toc(＝2T),Toh(＝4T)。然后，由所述脉冲信号序列构成的所述警示信号经由输出晶体管38向外部输出，以生成所述控制信号Sm。该控制信号Sm被提供给所述逆变器控制部，用来驱动所述驱动电路3X。
然而，近年来，出于能源管理的考虑，常态化监视所述智能功率模块(IPM)中的半导体元件、即所述各IGBT11～16的温度的要求越来越高。但是，为了分别检测多个半导体元件的温度并向外部输出，所述IPM中的输出端子个数就会增加。进一步还会产生所述逆变器控制部的处理负担增加的问题。作为解决这些问题的手段，例如专利文献2中提倡了如下技术方案：分别检测所述多个半导体元件的温度，选择这些温度信息中最高的温度信息向外部输出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-143125号公报
专利文献2：日本专利特开2000-134074号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，专利文献2中所介绍的手段需要通过模拟绝缘放大器来收集多个温度传感器检测出的温度信息。并且因为要向外部输出表示温度信息的模拟电压，所以其处理电路的结构将复杂化，不可避免地将成为成本上升的主要原因。进一步地，除了将所述警示信号向外部输出的输出端子、具体而言数字端口之外，还需要设置用于将所述温度信息向外部输出的专用输出端子、具体而言模拟端口。因此，将不可避免地造成半导体模块(IPM)的输出端子个数增加。
本发明正是在考虑了这些情况后而提出的，其目的在于，提供一种结构简单的功率转换装置的控制装置，能够利用将警示信号向外部输出的输出端子，在不妨碍所述警示信号的输出的情况下，以能够明确同警示信号相互区分的方式，向外部输出所述半导体元件的温度信息。
解决技术问题所采用的技术方案
为了实现上述目的，本发明的功率转换装置的控制装置具备：驱动电路，所述驱动电路对构成功率转换装置的半导体元件进行驱动；多个保护电路，所述多个保护电路检测为执行保护所述半导体元件的动作所必需的信息，生成保护信号，并根据该保护信号，停止所述驱动电路对所述半导体元件的驱动；以及警示信号生成电路，所述警示信号生成电路响应于所述保护电路的输出，生成具有与保护缘由相对应的脉冲宽度的警示信号并向外部输出，其特征在于，还具备：
温度信号生成电路，所述温度信号生成电路检测所述半导体元件的温度，并生成周期不同于所述警示信号的脉冲宽度的、与所述温度相关的PWM信号；以及
输出控制电路，所述输出控制电路在平时选择所述PWM信号，而在产生了所述警示信号时选择所述警示信号以取代所述PWM信号，并将其向外部输出。
本发明的功率转换装置的控制装置具备：多个驱动电路，所述多个驱动电路对构成功率转换装置的多个半导体元件分别进行驱动；多个保护电路，所述多个保护电路分别与所述多个半导体元件中的各个半导体元件相对应地设置，检测为执行保护各所述半导体元件的动作所必需的信息，生成保护信号，并根据该保护信号，停止所述驱动电路对所述半导体元件的驱动；以及警示信号生成电路，所述警示信号生成电路分别与各所述半导体元件相对应地设置，响应于相应的所述多个保护电路的输出，分别生成具有与保护缘由相对应的脉冲宽度的警示信号并向外部输出，其特征在于，还具备：
温度信号生成电路，所述温度信号生成电路分别检测各所述半导体元件的温度，并生成周期不同于所述警示信号的脉冲宽度的、与所述温度相关的PWM信号；以及
输出控制电路，所述输出控制电路在平时选择所述PWM信号，而在产生了所述警示信号时选择所述警示信号以取代所述PWM信号，并将其向外部输出。
具体而言，所述多个保护电路包含检测施加到该控制装置的控制电压的电压检测电路、检测所述半导体元件的温度的温度检测电路以及检测流过所述半导体元件的电流的电流检测电路，由分别生成低电压保护、过热保护以及过电流保护的保护信号的部件构成。
较佳地，所述温度信号生成电路被构成为在所述半导体元件的温度不到设定温度时不生成PWM信号，而仅在达到所述设定温度以上时生成与所述检测温度相对应的PWM信号。此外，优选将所述温度信号生成电路构成为以限制与所述半导体元件的温度相对应的PWM信号的占空比上限和下限中的至少一方的方式来生成所述PWM信号。
另外，优选所述输出控制电路由多路复用器构成，所述多路复用器在所述警示生成电路生成警示信号的整个期间内选择并输出该警示信号，而在所述警示信号的生成停止时，选择并输出所述PWM信号以取代所述警示信号。尤其优选将所述多路复用器构成为根据通过延迟所述警示信号的后沿而生成的切换信号来进行动作控制，选择输出所述PWM信号。
另外，优选例如将所述多个驱动电路与分别对应于构成功率转换装置的多个半导体元件中的各个半导体元件的所述多个保护电路以及所述警示信号生成电路分别形成集成电路，并将所述温度信号生成电路与所述输出电路一起形成独立于所述多个驱动电路的集成电路。此时，优选将所述温度信号生成电路构成为选择所述多个检测温度中的最高温度，并生成与该最高温度相关的PWM信号。
发明效果
根据具有上述结构的功率转换装置的控制装置，选择与半导体元件的检测温度相对应的PWM信号以及具有与例如异常缘由相对应的脉冲宽度的警示信号，共用输出端子，向外部输出。而在不输出所述警示信号的正常工作时，能够正常输出所述PWM信号。因此，无需为了输出所述PWM信号而设置新的输出端子。此外，由于所述PWM信号的周期与所述警示信号的脉冲间隔不同，因此，优选通过将其设定为小于所述警示信号的最小脉冲间隔，从而也能够方便地区分所述PWM信号和所述警示信号。
尤其是本发明中，与所述PWM信号相比优先选择输出所述警示信号，根据通过延迟该警示信号的后沿而生成的切换信号，选择输出所述PWM信号以取代选择输出所述警示信号。因此，不会妨碍所述警示信号本身的输出，能够提前防止该警示信号的误识别。此外，能够在保持警示信号的输出功能的情况下，共用该警示信号的输出端子，输出与半导体元件的温度相关的PWM信号。因此，其实用优点很多。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的功率转换装置的控制装置的简要结构图。
图2是图1所示控制装置中的温度信号输出电路的简要结构图。
图3是示出上升延迟电路的结构例的图。
图4是表示图3所示上升延迟电路的动作的信号波形图。
图5是表示图2所示温度检测用电路中的多路复用器的控制动作的信号波形图。
图6是用于说明单纯在PWM信号和警示信号之间进行切换时的问题的信号波形图。
图7是利用延迟警示信号所得到的信号来切换PWM信号和警示信号时的信号波形图。
图8是一般的功率转换装置的控制装置的简要结构图。
图9是图8所示控制装置中的驱动电路的简要结构图。
图10是表示具有与保护缘由相对应的脉冲宽度的警示信号的例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的一个实施方式的功率转换装置的控制装置。
图1是表示实施方式的功率转换装置的简要结构的框图。该功率转换装置的控制装置1基本上与图8所示的控制装置1相同，具备将直流电转换为交流电的逆变器2，并且具备对构成逆变器2的6个半导体元件、例如IGBT11～16进行独立驱动的6个驱动电路3U～3Z。这些驱动电路3U～3Z基本上具有与图9所示部分相同的结构，因此省略其详细说明。该控制装置1还具备独立于所述驱动电路3U～3Z的温度信号输出电路6。该控制装置1的特点在于，被配置成：利用该温度信号输出电路6，检测构成所述逆变器2中的所述3组半桥式电路的下臂的所述IGBT14、15、16的温度，生成与检测出的温度相关的PWM信号。
即，该控制装置1具备对构成所述逆变器2中的所述3组半桥式电路的上臂的所述IGBT11、12、13分别进行驱动的3个驱动电路3U、3V、3W。对于这些驱动电路3U、3V、3W，如图9所示，利用所述各检测电路32、33、34分别检测施加到该驱动电路3U(3V、3W)的控制电压、所述IGBT11(12、13)的温度以及流过所述IGBT11(12、13)的电流。然后所述各驱动电路3U、3V、3W根据上述检测信息生成低电压保护、过热保护以及过电流保护的保护信号，生成并向外部输出具有与异常种类相对应的脉冲宽度的警示信号。
此外，所述控制装置1具备对构成所述3组半桥式电路的下臂的所述IGBT14、15、16分别进行驱动的3个驱动电路3X、3Y、3Z。这些驱动电路3X、3Y、3Z以不与分别随附于所述各IGBT14、15、16而设置的所述温度检测用二极管18相连接的方式使用。对于这些驱动电路3X、3Y、3Z，分别从所述各检测电路32、33、34检测出施加到该驱动电路3X(3Y、3Z)的控制电压以及流过所述IGBT14(15、16)的电流。换言之，所述驱动电路3X(3Y、3Z)与所述驱动电路3U(3V、3W)不同，并不检测IGBT11(12、13)的温度。然后所述驱动电路3X(3Y、3Z)生成低电压保护以及过电流保护的保护信号，生成并向外部输出具有与异常种类相对应的脉冲宽度的警示信号。
分别随附于所述各IGBT14、15、16而设置的所述温度检测用二极管18不与所述驱动电路3X、3Y、3Z连接，而是分别与所述温度信号输出电路6连接。因此，这些各温度检测用二极管18向所述温度信号输出电路6并行地提供分别表示所述各IGBT14、15、16的温度的信息。
所述温度信号输出电路6例如如图2的简要结构所示，具备并列设置的3个温度检测电路61x、61y、61z。这些温度检测电路61x、61y、61z如前所述通过随附于所述IGBT14、15、16而设置的温度检测用二极管18分别检测所述各IGBT14、15、16的温度。
顺带一提，所述各温度检测电路61x(61y、61z)各自具备对所述温度检测用二极管18进行恒流驱动的恒流源6a、检测随所述IGBT14(15、16)温度而变化的所述温度检测用二极管18的端子电压OHX(OHY、OHZ)的输入缓冲器6b以及反转该输入缓冲器6b的输出的反转放大器6c。顺带一提，所述温度检测用二极管18的端子电压OHX(OHY、OHZ)随着所述IGBT14(15、16)的温度上升而反比例下降。因此，所述反转放大器6c通过反转所述输入缓冲器6b的输出，起到了使得所述温度检测电路61x(61y、61z)的输出电压随着所述IGBT14(15、16)的温度上升而成比例增加的作用。
此外，该温度信号输出电路6具备最大值选择器62，该最大值选择器62从与所述3个温度检测电路61x、61y、61z分别输出的温度成比例的电压中选择最大值(最高温度)。然后，对于表示通过该最大值选择器62所选择的最高温度的电压，在利用对其上限值和下限值进行限制的限幅器63进行了箝位处理之后，将该电压提供给比较器64。该比较器64通过进行上述与温度成比例的电压和振荡器65输出的规定周期的三角波电压信号之间的比较处理，从而起到了生成与温度相关的PWM信号的PWM转换器的作用。
所述限幅器63将所述最大值选择器62的输出电压限制成与以下温度区域中的温度相当的电压：需要监视处于导通/截止动作状态的所述IGBT14(15、16)的温度的温度区域、例如60～250℃的温度区域。作为上述监视对象的温度区域包含异常过热温度区域。利用该限幅器63的输出电压功能，所述比较器64生成的PWM信号的占空比的变化幅度与作为所述监视对象的温度区域相匹配。通过这样的匹配，确保了温度检测的精度和检测范围(动态范围)。
由所述振荡器65进行输出的、用于所述比较器64生成PWM信号的所述三角波电压信号的周期被设定为充分小于前述的与警示信号的异常类别相对应的脉冲宽度Tvd、Toc、Toh，更具体地，充分小于最小脉冲宽度Tvd(＝T)。然后，通过对该三角波电压信号与表示所述温度的电压进行比较，并反转其输出，所述比较器64生成脉冲宽度(占空比)与所述温度相关地变化的一定周期的PWM信号。
如此一来，比较器64生成的与温度相关的PWM信号被提供给后述的双输入选择型输出控制电路、即多路复用器66的第1输入端子A，经由该多路复用器66被输出，被施加到输出晶体管(MOS-FET)67的栅极。然后，作为伴随所述输出晶体管(MOS-FET)67的导通/截止动作而产生的漏极电压变化，所述PWM信号经由输出端子AER向外部输出，
另一方面，经由端子AE向所述温度信号输出电路6输入分别从所述驱动电路3X、3Y、3Z输出的警示信号。经由上述端子AE输入的警示信号依次经过第1上升延迟电路71以及下降延迟电路72之后被输出。这样，该警示信号的上升时刻和下降时刻将如后述一样分别被延迟[TAEup]和[TAEdown]。延迟后的警示信号被提供给所述多路复用器(输出控制电路)66的第2输入端子B，再经由该多路复用器66被输出，以取代所述PWM信号。
此外，从所述端子AE输入的警示信号在被提供给所述第1上升延迟电路71的同时，还被输入到第2上升延迟电路73。然后，所述警示信号的上升时刻如后述一样被控制成延迟[TAEmask]后，被提供给逻辑电路74。该逻辑电路74起到如下作用：根据经所述第2上升延迟电路73控制延迟后的警示信号和所述最大值选择器62的输出，生成控制所述多路复用器66的选择动作的二值切换信号。
具体而言，当从所述第2上升延迟电路73提供的信号为L电平时，所述逻辑电路74将所述切换信号强制设定为L电平。而当从所述第2上升延迟电路73提供的信号为H电平、并且所述最大值选择器62的输出电压在表示预设温度的设定电压以上时，所述逻辑电路74将所述切换信号设定为H电平。所述逻辑电路74通过将如上所述生成的切换信号施加到所述多路复用器66的控制端子S，从而控制该多路复用器66的选择动作。同时，所述逻辑电路74通过将所述切换信号提供给所述振荡器65，从而控制该振荡器65的振荡动作。
所述多路复用器66根据施加到其控制端子S的所述切换信号而受到动作控制，在被施加L电平的切换信号时，选择所述第2输入端子B。结果，所述多路复用器66选择并输出依次经由所述第1上升延迟电路71以及下降延迟电路72实施了定时调整之后的警示信号。另外，所述多路复用器66在被施加了H电平的切换信号时选择所述第1输入端子A，选择并输出所述比较器64所生成的PWM信号。结果，多路复用器66根据所述切换信号择一地选择分别被施加到所述第1以及第2输入端子A、B的信号。通过这些一连串的动作，所述多路复用器66选择性地切换并输出所述警示信号和PWM信号。
另外，所述振荡器65构成为仅在所述切换信号为H电平时进行振荡动作。顺带一提，如前所述，仅在表示所述最大值选择器62的输出电压(温度)为预设温度以上的情况时才输出H电平的切换信号。上述预设温度是需要监视所述IGBT14(15、16)的温度的温度区域的最低温度，例如为60℃。因此，仅在所述IGBT14(15、16)的温度上升到作为监视对象的温度区域、并且没有输入所述警示信号时，所述振荡器65才进行振荡动作，生成所述三角波电压信号，以供所述PWM信号的生成。
这里对所述第1以及第2上升延迟电路71、73以及所述下降延迟电路72进行说明。图3示出了所述上升延迟电路71(73)的结构例。该上升延迟电路71(73)包括电流镜像电路，该电流镜像电路由栅极相互连接的一对p沟道FET81、82构成，由恒流源83驱动，使与所述p沟道FET81上流过的恒定电流成比例的电流从所述p沟道FET82输出。另外，所述上升延迟电路71(73)包括图腾柱型切换电路，该图腾柱型切换电路由源极相互连接并且栅极相互连接的p沟道FET84和n沟道FET85构成，经由所述电流镜像电路被提供恒定电流。构成该切换电路的上述p沟道FET84和n沟道FET85根据经由非门电路86施加到栅极上的输入信号进行相反的导通动作。
具体而言，当输入信号是H电平，经由所述非门电路86施加到所述p沟道FET84以及所述n沟道FET85的各栅极上的信号是L电平时，所述p沟道FET84进行导通动作，所述n沟道FET85进行截止动作。相反，当输入信号是L电平，经由所述非门电路86施加到所述p沟道FET84以及所述n沟道FET85的各栅极上的信号是H电平时，所述p沟道FET84进行截止动作，所述n沟道FET85进行导通动作。
另一方面，在以图腾柱方式连接的、如上所述相反地进行导通动作的所述p沟道FET84和n沟道FET85的连接点上连接有电容器87。所述p沟道FET84在所述输入信号是H电平时，由于其导通动作而起到以恒定电流对所述电容器87进行充电的作用。由于伴随所述p沟道FET84的导通动作而对所述电容器87进行的充电，该电容器87的端子电压(充电电压Vchg)以一定的上升率提高。此外，所述n沟道FET85在所述输入信号是L电平时，由于其导通动作而起到对所述电容器87的充电电荷进行瞬时放电的作用。由于伴随该n沟道FET85的导通动作而对所述电容器87进行的放电，该电容器87的端子电压(充电电压Vchg)瞬时变为零(0)。
然后，呈现此种变化的所述电容器87的充电电压Vchg在比较器88中同基准电压Vref进行比较。在所述充电电压Vchg超过基准电压Vref时该比较器88输出H电平的信号，在所述充电电压Vchg不到基准电压Vref时该比较器88输出L电平的信号。该比较器88的输出即成为所述上升延迟电路71(73)的输出信号。
因此，根据如此构成的上升延迟电路71(73)，如图4中示出了其输入输出信号的关系那样，在延迟了从输入电压反转成H电平时开始直到所述电容器87的充电电压Vchg达到所述基准电压Vref为止的时间TAEup之后，其输出电压反转成H电平。然后，所述上升延迟电路71(73)的输出电压在所述输入电压反转成L电平时瞬间反转成L电平。因而经过该上升延迟电路71(73)之后，仅对该输入信号的上升时刻进行延迟并将其输出。具体地在所述警示信号的情况下，仅对该警示信号的后沿反转成H电平的时刻进行延迟并将其输出。
此外，也可以省略所述非门电路86，将输入信号直接施加至所述p沟道FET84和n沟道FET85的栅极。如此一来，所述电容器87在所述输入电压为L电平时以恒定电流被充电，在所述输入电压为H电平时其充电电荷被瞬时放电。因此，所述比较器88的输出电压在输入电压反转成H电平时瞬时反转成H电平，在所述输入电压反转成L电平后延迟所述时间TAEdown反转成L电平。因此通过省略所述非门电路86，能够同样地构成前述下降延迟电路72。
现在回到前述温度信号输出电路6的说明，经由所述端子AE输入的警示信号由图5(a)所示的脉冲信号序列构成，该脉冲信号序列如参考图10进行的说明，由具有与保护缘由相对应的脉冲宽度Tvd(Toc、Toh)的L电平脉冲信号隔着规定时间间隔Ta连续形成。然后，依次经过所述第1上升延迟电路71以及下降延迟电路72输出该警示信号。这样，该上升延迟电路71以及下降延迟电路72的延迟时间TAEup、TAEdown相等的情况下，其输出信号如图5(b)所示成为将所述警示信号延迟时间TAEup(＝TAEdown)之后的信号。
换言之，依次经过所述上升延迟电路71以及下降延迟电路72而被提供给所述多路复用器66的第2输入端子B的信号相对于所述警示信号的前沿(前缘)、即下降时刻被延迟了时间TAEdown。此外，提供给所述第2输入端子B的信号是将其后沿(后缘)、即上升时刻延迟时间TAEup后得到的信号，也就是将所述警示信号延迟时间TAEup(＝TAEdown)后得到的信号。
与之相对，被提供给所述逻辑电路74的信号是使所述警示信号仅通过第2上升延迟电路73之后输出的信号。因此，如图5(c)所示，经过所述第2上升延迟电路73之后输出的信号在警示信号的前沿时刻处反转成L电平，在将该警示信号的后沿延迟时间TAEmask的时刻处反转成H电平。
通过将所述第2上升延迟电路73的延迟时间TAEmask设定得比前述警示信号的脉冲间隔Ta长(TAEmask>Ta)，能够掩盖表示形成所述警示信号的脉冲信号序列的脉冲信号间隔Ta的H电平期间。即，所述第2上升延迟电路73在所述警示信号反转成H电平的时刻通过所述p沟道FET84对电容器87充电。但是，所述第2上升延迟电路73的延迟时间TAEmask被设定成比所述警示信号的脉冲间隔Ta长(TAEmask>Ta)。因此，在通过充电使所述电容器87的充电电压Vchg达到所述基准电压Vref之前，所述警示信号就反转成L电平。
结果，所述n沟道FET85进行导通动作对所述电容器87的充电电荷进行瞬时放电，所以所述电容器87的充电电压Vchg不会达到所述基准电压Vref，因此所述比较器88的输出保持在L电平。因而，即便在以前述脉冲信号序列的形式提供所述警示信号的情况下，在输入该警示信号的整个期间内向所述逻辑电路74提供的信号都保持在L电平。
因此，通过由所述第2上升延迟电路73对所述警示信号进行延迟控制，从而在输入该警示信号的整个期间内都如前述一样，依次经过第1上升延迟电路71和所述下降延迟电路72进行延迟控制之后的警示信号被提供给所述多路复用器66，再经由该多路复用器66输出。然后所述警示信号不断输入，从所述第2上升延迟电路73提供给所述逻辑电路74的信号反转成H电平，从而在前述条件下生成的所述PWM信号经由所述多路复用器66被输出。
结果，经由所述多路复用器66对所述警示信号和所述PWM信号进行择一选择，经由所述输出晶体管67向外部输出。尤其所述多路复用器66在输入了所述警示信号时优先输出该警示信号以取代所述PWM信号。因此，通过检测经由所述输出晶体管67向外部输出的信号，能够在平时根据所述PWM信号对所述IGBT14、15、16的温度进行监视。在发生异常时，还能够根据所述警示信号判定该异常的种类。
这里，对所述第1和第2上升延迟电路71、73以及所述下降延迟电路72所进行的对所述警示信号的延迟控制作进一步说明，当在所述驱动电路3X、3Y、3Z中的任一个中检测到所述控制电压Vcc异常降低或者所述IGBT14(15、16)的过电流时，生成所述警示信号。因此，功率转换装置在正常动作时，不会发出所述警示信号。故而，所述温度信号输出电路6中，正常生成与所述IGBT14(15、16)的温度相对应的PWM信号，经由所述多路复用器66向外部输出。
在此情况下，若所述驱动电路3X、3Y、3Z中的任一个发出了警示信号，则该警示信号就被提供给所述温度信号输出电路6。于是在所述温度信号输出电路6中，如前所述一样地，随着警示信号的输入，选择输出该警示信号以取代所述PWM信号。此时，在不进行前述针对警示信号的延迟控制的情况下，在输入所述警示信号的时刻进行所述多路复用器66的切换控制。结果，例如如图6所示，可能会出现所述PWM信号先维持L电平，随后再输出所述警示信号的情况。
于是，从所述PWM信号切换到所述警示信号的时间点上，前面的该PWM信号的L电平和所述警示信号的L电平连接在一起，从外在表现上看，该警示信号的最开始的脉冲宽度比原本的脉冲宽度Tvd要大。结果，警示信号的脉冲宽度测量产生较大误差Terror，对通过脉冲宽度来判定警示信号种类造成了障碍。
关于这一点，利用前述的针对警示信号的延迟控制，对输入到所述温度信号输出电路6的所述警示信号进行前述的延迟控制。因而在输入该警示信号的时刻进行了所述多路复用器66的切换控制之后，向该多路复用器66提供延迟了前述时间TAEdown(＝TAEup)之后的警示信号。结果，如图7所示，作为多路复用器66的输出，能够得到像前述一样进行了延迟处理的警示信号。因此，从所述温度信号输出电路6输出的所述警示信号的脉冲宽度不会变化。因此，在监视所述警示信号的前述逆变器控制部一侧，能够正确测量所述警示信号的脉冲宽度，识别其异常缘由。
这样，采用上述功率转换装置的控制装置，利用警示信号的外部输出端子，能够将半导体元件即所述IGBT14、15、16的温度相关信息作为与其最高温度相关的PWM信号正常输出，同时在检测到该IGBT14、15、16异常时输出表示该异常的种类的警示信号以取代所述PWM信号。因此，能够将一个外部输出端子兼用作所述PWM信号的输出端子以及所述警示信号的输出端子，因此不必增加作为IPM的输出端子个数。
而且，通过将温度信息形成为与温度相关的PWM信号，并且使得该PWM信号的周期短于所述警示信号的脉冲宽度，从而还能够容易地区分所述PWM信号和警示信号。因此，即便共用一个外部输出端子向外部输出所述PWM信号和警示信号，也能够容易地进行区分。因此，不会对这些信号的外部输出造成障碍。此外，由于能够根据所述PWM信号对半导体元件的温度异常进行监视，这一点也不会产生问题。因此，其实用优点很多。
另外，本发明并不局限于上述的实施方式。例如，也可以不设置实施方式中所示的专用温度信号输出电路6，而是为前述的多个驱动电路3U～3Z分别配备与通过所述温度检测用二极管18检测出的温度相对应地生成所述PWM信号的电路功能以及选择输出该PWM信号或者警示信号的电路功能。
另外，虽然这里是根据有无所述警示信号的输入来控制所述多路复用器66的切换，但也可以例如利用前述的保护信号Sp来控制所述多路复用器66的切换。此外，本发明可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变形来实施。
标号说明
1 功率转换装置的控制装置
2 逆变器
3U～3Z 驱动电路
4 交流负载
6 温度信号输出电路
11～16 半导体元件(IGBT)
18 温度检测用二极管
21～26 续流二极管
31 栅极控制电路
32 控制电压检测电路(保护电路)
33 电流检测电路(保护电路)
34 温度检测电路(保护电路)
35 保护信号生成电路
36 或门电路
37 警示信号生成电路
38 输出晶体管(输出电路)
61x、61y、61z 温度检测电路
62 最大值选择器
63 限幅器
64 比较器
65 振荡器
66 多路复用器(输出控制电路)
67 输出晶体管
71 第1上升延迟电路
72 下降延迟电路
73 第2上升延迟电路
74 逻辑电路

Claims (9)

1.一种功率转换装置的控制装置，其特征在于，具备：
驱动电路，所述驱动电路对构成功率转换装置的半导体元件进行驱动；
多个保护电路，所述多个保护电路检测为执行保护所述半导体元件的动作所必需的信息，生成保护信号，并根据该保护信号，停止所述驱动电路对所述半导体元件的驱动；
警示信号生成电路，所述警示信号生成电路响应于所述保护电路的输出，生成具有与所述半导体元件的保护缘由相对应的脉冲宽度的警示信号，并向外部输出该警示信号；
温度信号生成电路，所述温度信号生成电路检测所述半导体元件的温度，并生成周期不同于所述警示信号的脉冲宽度的、占空比与所述温度相关地变化的PWM信号；以及
输出控制电路，所述输出控制电路在平时选择所述PWM信号，而在产生了所述警示信号时选择上升时刻和下降时刻分别被控制延迟后的所述警示信号以取代所述PWM信号，并将其向外部输出。
2.一种功率转换装置的控制装置，其特征在于，具备：
多个驱动电路，所述多个驱动电路对构成功率转换装置的多个半导体元件分别进行驱动；
多个保护电路，所述多个保护电路分别与所述多个半导体元件中的各个半导体元件相对应地设置，检测为执行保护各所述半导体元件的动作所必需的信息，生成保护信号，并根据该保护信号，停止所述驱动电路对所述半导体元件的驱动；
警示信号生成电路，所述警示信号生成电路分别与各所述半导体元件相对应地设置，响应于相应的所述多个保护电路的输出，分别生成具有与保护缘由相对应的脉冲宽度的警示信号并向外部输出；
温度信号生成电路，所述温度信号生成电路分别检测各所述半导体元件的温度，并生成周期不同于所述警示信号的脉冲宽度的、占空比与所述温度相关地变化的PWM信号；以及
输出控制电路，所述输出控制电路在平时选择所述PWM信号，而在产生了所述警示信号时选择上升时刻和下降时刻分别被控制延迟后的所述警示信号以取代所述PWM信号，并将其向外部输出。
3.如权利要求1或2所述的功率转换装置的控制装置，其特征在于，
所述多个保护电路包含检测施加到该控制装置的控制电压的电压检测电路、检测所述半导体元件的温度的温度检测电路以及检测流过所述半导体元件的电流的电流检测电路，并分别生成低电压保护、过热保护以及过电流保护的保护信号。
4.如权利要求1或2所述的功率转换装置的控制装置，其特征在于，
所述温度信号生成电路在所述半导体元件的温度不到设定温度时不生成PWM信号，而仅在达到所述设定温度以上时生成与所述半导体元件的温度相对应的PWM信号。
5.如权利要求1或2所述的功率转换装置的控制装置，其特征在于，
所述温度信号生成电路以限制与所述半导体元件的温度相对应的PWM信号的占空比上限和下限中的至少一方的方式来生成所述PWM信号。
6.如权利要求1或2所述的功率转换装置的控制装置，其特征在于，
所述输出控制电路由多路复用器构成，所述多路复用器在所述警示生成电路生成警示信号的整个期间内选择并输出该警示信号，而在所述警示信号的生成停止时，选择并输出所述PWM信号以取代所述警示信号。
7.如权利要求6所述的功率转换装置的控制装置，其特征在于，
所述多路复用器根据通过延迟所述警示信号的后沿而生成的切换信号来进行动作控制，选择输出所述PWM信号。
8.如权利要求2所述的功率转换装置的控制装置，其特征在于，
将所述多个驱动电路与分别对应于构成功率转换装置的多个半导体元件中的各个半导体元件的所述多个保护电路以及所述警示信号生成电路分别形成集成电路，
并将所述温度信号生成电路与所述输出控制电路一起形成独立于所述多个驱动电路的集成电路。
9.如权利要求8所述的功率转换装置的控制装置，其特征在于，
所述温度信号生成电路选择所述多个检测温度中的最高温度，并生成与该最高温度相关的PWM信号。
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