CN104702254B - 半导体异常检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体异常检测电路，以高的可靠度且低成本来识别半导体开关元件的故障的有无。在利用内置有半导体的开关元件(11)及具有电流感测功能的电路(12)的智能电源开关(10)的情况下，微型计算机(20)等控制部监视感测信号的电压，并根据与在控制输入端子(10c)上外加的二值信号的高低相对应的阈值比较而得到的结果，识别半导体短路等的故障的有无。对在二值信号的高低这两个状态下检测出的结果进行综合判断并输出结果。最初在二值信号断开的状态下检测感测信号，接下来在二值信号接通的状态下检测感测信号。在二值信号成为接通后，待机了仅仅预定的延迟时间后进行检测。

Description

半导体异常检测电路
技术领域
本发明涉及为了检测对负载的通电进行接通断开控制的半导体开关元件的异常而能够利用的半导体异常检测电路。
背景技术
例如，在车辆上，作为电源的负载，搭载有各种各样的电装品。对于这样的负载，经由开关元件供给车辆侧的电源电力。例如，若用户操作某个按钮，则车辆上的电子控制装置(ECU：Electronic Control Unit)检测出该操作而将开关元件从非通电切换成通电状态。由此，将车辆侧的电源电力经由开关元件供给至特定的电装品。
对于将车辆上的各种各样的电装品作为负载来进行控制的开关元件，一般使用机械式的继电器，但是，近年来，正在逐步被置换为功率金氧半导体场效晶体管(Power MOSFET)那样的半导体开关元件。通过使用半导体开关元件，能够使装置小型化、轻量化。
但是，半导体开关元件有可能发生短路(输入输出端子间的短路)、开路(断线等)等故障。另外，由于在半导体开关元件中不存在电气触点等可动部，因此，也不能利用工作音、目视来确认故障的有无。
例如，若半导体开关元件成为短路的状态，则有可能在长时间内持续地向负载流动过大的电流，或者负载持续白白地消耗电力。因此，需要检测半导体开关元件的故障。
作为与这样的半导体开关元件的故障检测关联的现有技术，公知有专利文献1及专利文献2所记载的技术。
专利文献1提出了一种电力供给控制装置的技术，能够在抑制因作为负载的电动机的电动势引起的误检测的同时，检测出半导体开关元件的输入输出间短路等。具体而言，将作为半导体开关元件的功率金氧半导体晶体管中的漏极－源极间电压Vds及栅极－源极间电压Vgs分别与阈值进行比较而生成判定信号。
专利文献2提出了一种能够使半导体继电器及电线的小型化的负载电路的保护装置的技术。具体而言，用电流表测量负载电流，将测量的电流值与完全短路判定电流Imax进行比较。另外，将测量的电流值代入到电线的发热公式、及放热公式中而求出电线的发热量、及放热量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－22152号公报
专利文献2：日本特开2010－158108号公报
发明内容
本发明欲解决的技术问题
但是，在专利文献1的技术中，为了分别检测各部的电压Vds、Vgs并与多个阈值进行比较，必须追加比较复杂的电路。另外，由于要对每个半导体开关元件追加这样的电路，因此，负载的数量变多后，导致大幅度的成本升高。
另外，在专利文献2的技术中，由于必须直接计测从半导体开关元件的输出端子向负载流动的电流，因此，存在与电流表相关的各种各样的问题。例如，在电流所流动的线路上插入检测用的电阻器的情况下，布线的作业量大幅度地增加，且必须考虑由于因电阻器引起的电压下降而对负载产生的不良影响。另外，在负载电流所流动的线路上结合线圈来检测电流的情况下，有可能电流表的成本大幅度地上升。
另外，作为专利文献1、专利文献2以外的方法，还可想到对在负载上外加的电压进行监视。但是，在该情况下，由于追加的零件的数量变多，因此，负载的数量变多后，也导致大幅度的成本升高。另外，例如在如车辆的点火开关为断开的情况那样没有供给电源电压的状况下，不能正确地识别故障的有无。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供一种半导体异常检测电路，其能够以高可靠度且以低成本来识别半导体开关元件的故障的有无。
用于解决问题的技术方案
为了达成上述的目的，本发明的半导体异常检测电路的特征在于下述(1)～(7)。
(1)半导体异常检测电路包括：
半导体电路，其包含：在电源与负载之间的通电路中配置的开关元件；和生成与在所述开关元件中流动的电流对应的感测信号的感测信号生成部；以及
控制部，其将向所述开关元件的控制输入端子外加的指令电压电平的高/低进行二值切换，控制向所述负载的电力供给，
在所述指令电压电平为与所述开关元件的非通电相对应的断开电压、并且所述感测信号的电压值和与所述开关元件的非通电对应的预定断开电压是同等级时，或者，在所述指令电压电平为与所述开关元件的通电相对应的接通电压、并且所述感测信号的电压值和与所述负载的定常通电状态相对应的预定接通电压是同等级时，所述控制部识别为所述半导体电路正在正常地进行驱动。
(2)在上述(1)的半导体异常检测电路中，
在所述指令电压电平为所述断开电压的情况下的所述感测信号的电压值和所述预定断开电压是同等级、并且在所述指令电压电平为所述接通电压的情况下的所述感测信号的电压值和所述预定接通电压是同等级时，所述控制部识别为所述半导体电路正在正常地进行驱动。
(3)在上述(2)的半导体异常检测电路中，
所述控制部检测了在所述指令电压电平为所述断开电压的情况下的所述感测信号的电压值后，检测在所述指令电压电平为所述接通电压的情况下的所述感测信号的电压值。
(4)在上述(1)～(3)的半导体异常检测电路中，
还具有能够与所述半导体电路之间发送接收信号的控制电路，
在所述控制电路中包含所述控制部。
(5)在上述(1)～(3)的半导体异常检测电路中，
在所述半导体电路中包含上述控制部。
(6)在上述(4)的半导体异常检测电路中，
还具有用于将与在所述开关元件的输出端子(10b)出现的电压同等级的信号输入到所述控制电路的监视信号线(61)，
所述控制电路基于所述感测信号(SG3)的电压值、及从所述监视信号线输入的电压值(输出信号SG2)，识别所述半导体电路是否正常地进行驱动。
(7)在上述(1)～(6)的半导体异常检测电路中，
所述控制部在检测到所述指令电压电平成为所述接通电压后，待机到经过了至少事先决定的延迟时间后，检测所述感测信号的电压值。
根据上述(1)的构成的半导体异常检测电路，能够识别上述开关元件是否成为短路或者开路那样的故障状态。另外，由于监视上述感测信号的电压值来识别状态，因此，能够减少追加的零件的数量，能够实现成本降低。另外，由于监视上述感测信号，并基于负载电流的大小来识别状态，因此，也能够检测完全的短路、完全的开路以外的故障状态。
根据上述(2)的构成的半导体异常检测电路，在上述开关元件是短路状态、开路状态的任一故障状态的情况下，也能够可靠地检测该故障。另外，也能够检测完全的短路、完全的开路以外的故障状态。
根据上述(3)的构成的半导体异常检测电路，能够缩短故障识别所需要的时间。例如，在车辆上的电装品的情况下，在点火开关成为接通后，以某些触发为契机开始向负载通电。在该情况下，控制上述开关元件的上述指令电压电平在最初是断开电压，并由于触发而切换成接通电压。因此，通过最初在上述指令电压电平是断开电压的状态下识别上述感测信号的电压值，且接下来在上述指令电压电平是接通电压的状态下识别上述感测信号的电压值，从而不会多次反复进行识别，能够正确地识别故障的有无。
根据上述(4)的构成的半导体异常检测电路，在上述半导体电路的外部连接的上述控制电路识别上述开关元件的故障的有无。因此，能够直接利用既存的半导体电路来识别故障的有无。
根据上述(5)的构成的半导体异常检测电路，内置在上述半导体电路中的上述控制部识别上述开关元件的故障的有无。因而，即使在上述半导体电路的外部没有连接微型计算机等特别的装置的情况下，也能够进行故障检测，能够使装置小型化。
根据上述(6)的构成的半导体异常检测电路，由于基于从互不相同的部位输出的2个系统的信号识别故障的有无，因此，获得可靠性更高的识别结果。
根据上述(7)的构成的半导体异常检测电路，即使在负载自身内置有特别的开关并在独自的时间开始通电那样的情况下，也能够正确识别故障的有无。例如，在负载为车辆用的HID(High Intensity Discharge：高强度气体放电灯)灯、LED(发光二极管)灯的情况下，在开始向这些负载供给电源电压后，在经过了一定延迟时间后，电流流动。通过考虑由这样的延迟时间的影响带来的时间的偏移，从而能够正确地检测故障。
发明效果
根据本发明的半导体异常检测电路，能够以高的可靠度且低成本来识别半导体开关元件的故障的有无。
以上，简要地说明了本发明。进一步，通过参照附图通读以下说明的用于实施发明的实施方式(以下，称作“实施方式”。)，本发明的细节将进一步清晰化。
附图说明
图1是示出包含半导体异常检测电路的电子控制装置的构成例(1)的框图。
图2是表示图1所示的电子控制装置的各部的信号电位的对应关系的示意图。
图3是表示第1检测模式下的半导体短路检测处理的内容的流程图。
图4是表示第2检测模式下的半导体短路检测处理的内容的流程图。
图5是示出特殊的负载上的外加电压与电流的关系的具体例的时间图。
图6是表示图3所示的处理的一部分的变形例的流程图。
图7是表示图4所示的处理的一部分的变形例的流程图。
图8是表示图3所示的处理的变形例的流程图。
图9是示出包含半导体异常检测电路的电子控制装置的构成例(2)的框图。
附图标记说明
10 功率半导体器件
10a 电源输入端子
10b 输出端子
10c 控制输入端子
10d 感测信号输出端子
11 开关元件
12 逻辑·传感器电路
20 微型计算机
20a 输出接口
20b 模拟输入接口
20c 模拟输入接口
30 接口
40 信号输入电路
50 负载
60 输出监视电路
61 监视信号线
70 电源线
71 地线
100、100B 电子控制装置
100a 输出端子
具体实施方式
以下，参照各图说明本发明的关于半导体异常检测电路的具体的实施方式。
＜第1实施方式＞
在图1中示出本发明的包含半导体异常检测电路的电子控制装置(ECU)100的构成例(1)。
＜装置的概要的说明＞
该电子控制装置100例如被搭载在车辆上，为了将车辆上的各种各样的电装品作为负载50进行控制而被利用。即，为了控制从电源线70向负载50的电力供给的接通断开，利用电子控制装置100。在电源线70中，从车辆侧供给例如+12V的直流电压。若电子控制装置100内部的开关变为接通，则从电源线70经由电子控制装置100向负载50供给电源电压(+12V)，电流从负载50向地线71流动。作为负载50的具体例，可列举头灯、尾灯等灯类、和其他的各种各样的电装品。
图1所示的电子控制装置100作为控制负载50的接通断开的开关，内置有半导体的开关元件11。半导体有可能发生故障，但是，由于不存在电气触点、可动部，因此，不能用目视等确认故障的有无。因此，在电子控制装置100中具有用于检测开关元件11的故障(短路、开路)的半导体异常检测电路。
＜装置的构成＞
如图1所示，该电子控制装置100内置有功率半导体器件10、微型计算机(CPU)20、接口(I/F)30、及信号输入电路40。
功率半导体器件10是作为所谓的智能电源开关(IPS)的市场贩卖的器件，内置有开关元件11及逻辑·传感器电路12。
开关元件11由与负载的高电位侧连接而能够作为高压侧开关进行动作的功率MOSFET构成。该功率MOSFET的漏极电极与电源输入端子10a连接，源极电极与输出端子(OUT)10b连接，栅极电极与逻辑·传感器电路12的输出连接。即，开关元件11根据指令电压电平的高低来进行接通断开，其中，该指令电压电平是从逻辑·传感器电路12的输出作为二值信号而输入的。
逻辑·传感器电路12主要内置有2个功能。即，逻辑·传感器电路12根据在功率半导体器件10的控制输入端子(IN)10c上外加的指令电压电平的高低，生成用于将开关元件11接通断开的信号。另外，逻辑·传感器电路12检测在开关元件11中流动的电流，并生成与该电流的大小成比例的感测信号。感测信号被输出到感测信号输出端子(IS)10d。
例如在逻辑·传感器电路12的感测比是“1/5000”的情况下，若在开关元件11中流动5[A]的电流，则按照感测比，作为感测信号，输出1[mA]的电流。与感测信号输出端子10d连接的信号输入电路40将感测信号的电流值转换为电压并给予到微型计算机20。
微型计算机20通过执行预先安装的程序，从而实现电子控制装置100的控制所需要的各种的功能。在该功能中，也包含诊断开关元件11的故障(短路、开路等)的有无的功能。另外，也包含基于读取未图示的操作开关的状态而的到的结果、各种各样的状况的识别结果来生成用于对负载50进行接通断开控制的信号的功能。
微型计算机20能够将用于对负载50的接通断开进行控制的二值信号输出到输出接口20a。另外，微型计算机20也能够将在模拟输入接口20b上外加的电压的模拟电平转换为数字信号而读取电压的电平。
＜故障诊断中的识别条件的说明＞
将图1所示的电子控制装置100中的各部的信号电位的对应关系的一览示出在图2中。在图2中示出了在功率半导体器件10的控制输入端子10c上外加的“IN输入”的二值信号SG1、在输出端子10b上出现的“OUT输出”的输出信号SG2、以及在感测信号输出端子(IS)10d上出现的感测信号SG3的各自的电压的状态。
在图2中，“LO”表示二值信号SG1的低电位(接近0V的电压)，“HI”表示二值信号SG1的高电位(接近电源电压的电压)，“GND”表示接近接地(地面)电位的模拟电压。
例如，在功率半导体器件10正常的情况下，在二值信号SG1为“LO”时，逻辑·传感器电路12将低的电位外加在开关元件11的栅极电极上，因此，开关元件11的漏极－源极电极间成为非导通，输出端子10b的输出信号SG2成为GND电位。另外，在功率半导体器件10正常的情况下，若二值信号SG1成为“HI”，则逻辑·传感器电路12将高的电位外加在开关元件11的栅极电极上，因此，开关元件11的漏极－源极电极间导通，输出端子10b的输出信号SG2成为接近电源线70的电压的高电位。
另外，在功率半导体器件10内的开关元件11正常的情况、与发生了短路等异常的情况下，如图2所示，输出信号SG2及感测信号SG3的电压产生差异。因此，微型计算机20通过监视输出信号SG2或者感测信号SG3的电压，并和与二值信号SG1的高低相对应的阈值比较，从而能够识别故障的有无。
在图1所示的电子控制装置100中，微型计算机20利用由其自身输出到输出接口20a的信号来掌握二值信号SG1的高低，并且，在模拟输入接口20b监视感测信号SG3的电压来识别故障的有无。
＜微型计算机20的动作的说明＞
在图1所示的电子控制装置100中，微型计算机20能够使用2个种类的检测模式、即“第1检测模式”及“第2检测模式”之中的任一个来检测功率半导体器件10的半导体短路。
将“第1检测模式”下的半导体短路检测处理的内容示出在图3中。另外，将“第2检测模式”下的半导体短路检测处理的内容示出在图4中。以下说明各检测模式的动作。
＜第1检测模式＞
此外，在图3所示的处理中，使用了“LO时异常标志”及“HI时异常标志”，但是，在执行图3所示的处理前的初期状态，“LO时异常标志”及“HI时异常标志”均被清零为“0”。“LO时异常标志”及“HI时异常标志”存在于微型计算机20的内部存储器上。
在图3的步骤S11中，微型计算机20识别在功率半导体器件10的控制输入端子10c上外加的二值信号SG1是否是“HI/LO”的某一个。由于二值信号SG1的“HI/LO”与微型计算机20自身向输出接口20a输出的二值信号同样，因此，实际上识别输出接口20a的信号的“HI/LO”。在二值信号SG1为“LO”的情况下，前进到S12，在为“HI”的情况下，前进到S15。
在步骤S12中，微型计算机20在模拟输入接口20b读取感测信号SG3的电压，并将该电压值与事先决定的阈值比较。即，在感测信号SG3的电压被视为与GND电位同等级“GND电平”的情况下，前进到S13，在“GND电平”以外的情况下，前进到S14。
在步骤S13中，微型计算机20为了对二值信号SG1在“LO”的状态下为正常的情况进行存储，而将“LO时异常标志”清零为“0”。
在步骤S14中，微型计算机20为了对二值信号SG1在“LO”的状态下为异常的情况进行存储，而将“LO时异常标志”设置为“1”。
在步骤S15中，微型计算机20在模拟输入接口20b读取感测信号SG3的电压，并将该电压值与事先决定的阈值比较。即，与阈值比较而识别感测信号SG3的电压是否与“设想电压值”同等级。“设想电压值”是用正常时向负载50流动的额定电流、逻辑·传感器电路12中的感测比、以及信号输入电路40的特性决定的电压。在感测信号SG3的电压与“设想电压值”同等级的情况下，前进到S16，在“设想电压值”的范围外的情况下，前进到S17。
在步骤S16中，微型计算机20为了对二值信号SG1在“HI”的状态下为正常的情况进行存储，而将“HI时异常标志”清零为“0”。
在步骤S17中，微型计算机20为了对二值信号SG1在“HI”的状态下为异常的情况进行存储，而将“HI时异常标志”设置为“1”。
在步骤S18中，微型计算机20参照“LO时异常标志”及“HI时异常标志”的状态来识别状况。即，在“LO时异常标志”为“0”、并且“HI时异常标志”为“0”的条件被满足的情况下，前进到S19，在除此以外的情况下，前进到S20。
在步骤S19中，微型计算机20视为：开关元件11是正常的状态。另外，在步骤S20中，微型计算机20视为：开关元件11是短路的状态。实际上，在短路以外的异常状态的情况下，微型计算机20也执行S20来检测异常。
例如，在开关元件11开路(在漏极－源极电极间断线)的情况下，在二值信号SG1为“LO”的状态下感测信号SG3的电压成为“GND电平”，但是，即使SG1成为“HI”，SG3的电压也仍然保持“GND电平”而不变化。在该情况下，“LO时异常标志”为“0”，但是，由于“HI时异常标志”为“1”，因此，前进到S20。
在接下来的步骤S21中，微型计算机20执行在开关元件11短路状态的情况下需要的预定的处理。例如，将用户能够视觉识别的显示用的灯控制为点亮或者闪烁状态，报知异常的发生。另外，停止对与电子控制装置100连接的负载50的通电控制。
即，在“第1检测模式”下，在能够视为开关元件11的状态为正常的所有的条件被满足的情况下，前进到S19，在除此以外的情况下，检测开关元件11的异常。
＜第2检测模式＞
与图3所示的处理同样，在图4的处理中也使用“LO时异常标志”及“HI时异常标志”。在执行图4所示的处理前的初期状态下，“LO时异常标志”及“HI时异常标志”均被清零为“0”。
在图4的步骤S31中，微型计算机20识别在功率半导体器件10的控制输入端子10c上外加的二值信号SG1是否是“HI/LO”的某一个。由于二值信号SG1的“HI/LO”与微型计算机20自身向输出接口20a输出的二值信号是同样的，因此，实际上识别输出接口20a的信号的“HI/LO”。在二值信号SG1为“LO”的情况下，前进到S32，在“HI”的情况下，前进到S35。
图4中的各步骤S32、S33、及S34分别与已经说明的图3中的各步骤S12、S13、及S14同样。因而，省略这些步骤的说明。
在步骤S35中，微型计算机20在模拟输入接口20b读取感测信号SG3的电压，并将该电压值与事先决定的阈值比较。即，与阈值比较而识别感测信号SG3的电压是否是“GND电平”的范围内(与GND电位同等级)。在感测信号SG3的电压为“GND电平”的情况下，前进到S37，在“GND电平以外”的情况下，前进到S36。
在步骤S36中，微型计算机20为了对二值信号SG1在“HI”的状态下为正常的情况进行存储，而将“HI时异常标志”清零为“0”。
在步骤S37中，微型计算机20为了对二值信号SG1在“HI”的状态下为异常的情况进行存储，而将“HI时异常标志”设置为“1”。
然后，在S33中检测到二值信号SG1在“LO”的状态下为正常的情况、或者在S36中检测到二值信号SG1在“HI”的状态下为正常的情况下，前进到S38，微型计算机20视为：开关元件11是正常的状态。
另一方面，在S34中检测到二值信号SG1在“LO”的状态下为异常、或者在S37中检测到二值信号SG1在“HI”的状态下为异常的情况下，前进到S39，微型计算机20视为：开关元件11是短路的状态。
实际上，在短路以外的异常状态的情况下，微型计算机20也执行S39来检测异常。即，在开关元件11短路(漏极－源极电极间短路)时，由于在二值信号SG1为“LO”的状态下SG3的电压成为“GND电平以外”，因此，在S34中检测到异常而前进到S39。另外，在开关元件11开路(漏极－源极电极间断线)时，由于在SG1为“HI”的状态下SG3的电压成为“GND电平”，因此，在S37中检测到异常而前进到S39。接下来的步骤S40与图3中的S21同样。
即，在“第2检测模式”下，在能够视为开关元件11的状态为异常的任1个条件被满足时，前进到S39，在能够视为正常的条件被满足时，前进到S38。
此外，对于图4所示的处理，设想了二值信号SG1的“HI/LO”不会频繁地变化的状况。如果在二值信号SG1的“HI/LO”频繁地变化的情况下，由于可能交替地反复执行图4中的各步骤S38、S39，因此，需要执行特别的处理。例如，可想到变更为：在执行了步骤S39的情况下，此后，在经过了至少预定时间之前，不前进到S38。
总之，在上述的“第1检测模式”及“第2检测模式”的处理中，不直接监视输出端子10b的电压、向负载50流动的电流，也能够使用感测信号SG3识别开关元件11的故障的有无。
＜第2实施方式＞
＜特殊的负载的说明＞
在电子控制装置100控制一般的负载50的情况下，能够给予图2所示的条件正确地识别开关元件11的异常的有无。但是，有的情况下，特殊负载连接在电子控制装置100的输出端子100a上。
将连接有特殊的负载的情况下的外加电压Vin与负载电流IL的关系的具体例示出在图5中。外加电压Vin是在负载50上外加的电压、即输出端子100a与地线71之间的电位差。另外，负载电流IL表示在负载50中实际流动的电流的水准。
所谓的特殊的负载是例如在车辆上搭载的HID(High Intensity Discharge)灯、LED(发光二极管)灯。这样的负载不是单存的负载，而是在内部组装有驱动电路的电装品。该驱动电路基于被输入的电压生成负载的驱动所需要的电压并供给至电装品内部的负载。因此，在对该电装品外加了电源电压(外加电压Vin)后，在短暂期间内，电流(负载电流IL)几乎不流动(图5的在左右方向延伸的箭头的期间)，在经过了一定程度的延迟时间后，通常的电流向负载流动。另外，也可想到在这样的电装品的内部以独自的时间实施负载的接通断开的切换的情况。
因而，如图5所示，成为如下波形：负载50的外加电压Vin从低电平变化成高电平后，经过了由该电装品的特性决定的预定的延迟时间后，负载电流IL从0附近升高到额定值。
＜半导体异常检测电路的说明＞
在将具有图5所示那样的特性的特殊的负载连接于电子控制装置100的情况下，由于在外加电压Vin与负载电流IL之存在时间的偏移，因此，即使仍然将图2所示那样的识别条件原样地应用，也不能正确识别开关元件11的故障的有无。
因而，在第2实施方式中，设想将特殊的负载连接于电子控制装置100的输出端子100a，为了能够正确地识别开关元件11的故障的有无，将微型计算机20的处理的内容如图6及图7那样变更。
图6所示的处理P01B表示图3所示的一部分的处理P01的变形例。另外，图7所示的处理P02B表示图4所示的一部分的处理P02的变形例。
即，在第2实施方式中，微型计算机20在上述的“第1检测模式”下替代处理P01而执行处理P01B，在上述的“第2检测模式”下替代处理P02而执行处理P02B。除此以外与第1实施方式同样。
＜处理P01B的说明＞
如图6所示，微型计算机20在步骤S51中识别是否检测到在功率半导体器件10的控制输入端子(IN输入)10c处的二值信号SG1的从“LO”向“HI”的升高。实际上，识别向输出接口20a输出的二值信号的状态。
若检测到二值信号SG1的升高，则微型计算机20在步骤S52中开始内部计时器T1的动作。
在接下来的步骤S53中，微型计算机20将内部计时器T1所计数的时间与时间阈值Td比较。该时间阈值Td是大于延迟时间的时间值，该延迟时间相当于图5所示的外加电压Vin与负载电流IL的间的升高时间偏移。由于能够事先掌握实际上与电子控制装置100连接的负载50的特性，因此，将比与该负载50的特性相应的延迟时间大的值作为时间阈值Td的常数，事先登记在微型计算机20中。
由于在检测到二值信号SG1的升高后，又经过了延迟时间，“T1＞Td”的条件被满足，因此，从步骤S53前进到S54。在此情况下，微型计算机20在S54中将内部计时器T1复位。而且，与图3所示的处理P01的情况同样，微型计算机20执行步骤S15，并根据其结果执行步骤S16或者S17。
即，在二值信号SG1为“HI”时，经过了延迟时间，在图5所示的负载电流IL实际上升高后，执行步骤S15，因此，能够正确识别“HI时正常”与“HI时异常”。
＜处理P02B的说明＞
与图6的处理同样，在图7的处理中，微型计算机20也在步骤S51中识别是否检测到在功率半导体器件10的控制输入端子(IN输入)10c处的二值信号SG1的从“LO”向“HI”的升高。实际上，识别向输出接口20a输出的二值信号的状态。
若检测到二值信号SG1的升高，则微型计算机20在步骤S52中开始内部计时器T1的动作。
在接下来的步骤S53中，微型计算机20将内部计时器T1所计数的时间与时间阈值Td比较。该时间阈值Td是大于延迟时间的时间值，该延迟时间相当于图5所示的外加电压Vin与负载电流IL的间的升高时间偏移。由于能够事先掌握实际上与电子控制装置100连接的负载50的特性，因此，将比与该负载50的特性相应的延迟时间大的值作为时间阈值Td的常数，事先登记在微型计算机20中。
由于在检测到二值信号SG1的升高后，又经过了延迟时间，“T1＞Td”的条件被满足，因此，从步骤S53前进到S54。在此情况下，微型计算机20在S54中将内部计时器T1复位。而且，与图4所示的处理P02的情况同样，微型计算机20执行步骤S35，并根据其结果执行步骤S36或者S37。
即，由于在二值信号SG1为“HI”时，经过了延迟时间，图5所示的负载电流IL实际上升高后，执行步骤S35，因此，能够正确识别“HI时正常”与“HI时异常”。
＜第3实施方式＞
＜应用的状况的说明＞
在车辆上搭载的各种各样的负载、即电装品的多数在车辆停止时处于不被供给电源电力的非通电的状态，在点火开关接通后，以某些触发输入为契机，例如上述的开关元件11从断开切换为接通，成为开始电源电力的供给的状态。
另一方面，在电子控制装置100识别开关元件11的故障的有无时，由于按照图2所示那样的识别条件来实施判断，因此，若不对二值信号SG1的“LO”及“HI”这两者的状态进行识别，则不能够获得精确的诊断结果。
因此，在例如负载的通电/非通电在长时间内不会变化那样的状况下，由于二值信号SG1的“HI”或者“LO”的仅某一个的状态长期地持续，因此，到获得精确的诊断结果之前有可能需要长的时间。
因此，在第3实施方式中，实施对二值信号SG1的“HI”的状态和“LO”的状态的诊断的顺序、优先位次进行考虑的控制。由此，能够缩短直到获得精确的诊断结果所需要时间。
＜动作的说明＞
将图3所示的处理的变形例示出在图8中。即，上述的微型计算机20执行图3所示的处理，识别开关元件11的故障的有无。电子控制装置100的构成与图1相同。
若车辆的点火开关变成接通而从车辆侧向电子控制装置100供给电源电力，则微型计算机20在图8的步骤S61中执行预定的初始化。在该初始化中，例如将上述的“LO时异常标志”及“HI时异常标志”清零。
在步骤S62中，微型计算机20识别在功率半导体器件10的控制输入端子10c上外加的二值信号SG1是否为“LO”。若二值信号SG1为“LO”，则前进到接下来的S63。
在步骤S63中，微型计算机20在模拟输入接口20b读取感测信号SG3的电压，将该电压值与“IN输入＝LO”的条件比较并将其结果反映到标志。即，进行与图3的各步骤S12、S13、S14同样的处理，识别感测信号SG3为“LO”的状态下的异常的有无。
在接下来的步骤S64中，微型计算机20识别在功率半导体器件10的控制输入端子10c上外加的二值信号SG1是否为“HI”。若二值信号SG1为“HI”，则前进到接下来的S65。
在步骤S65中，微型计算机20在模拟输入接口20b读取感测信号SG3的电压，将该电压值与“IN输入＝HI”的条件比较并将其结果反映到标志。即，进行与图3的各步骤S15、S16、S17同样的处理，识别感测信号SG3为“HI”的状态下的异常的有无。
图8的各步骤S66、S67、S68、S69分别与图3中的步骤S18、S19、S20、S21同样。即，微型计算机20仅在“LO时异常标志＝0”且“HI时异常标志＝0”的条件被满足的情况下，检测为开关元件11为正常的状态，在除此以外的情况下检测为开关元件11的短路。
在图8所示的处理中，在车辆的点火开关成为接通后，在步骤S62、S63中执行“IN输入＝LO”的状态下的诊断，在完成该诊断后，在步骤S64、S65中执行“IN输入＝HI”的状态下的诊断，在步骤S66～S69中输出最终的诊断的结果。
在车辆的点火开关刚刚成为接通后，负载50变成时常非通电，“IN输入＝LO”的状态。并且，由于某些触发输入而变化成“IN输入＝HI”的状态，负载50切换成通电状态。通过以图8所示的顺序实施故障的诊断，从而能够以最小限度的所需时间诊断“IN输入＝LO”的状态和“IN输入＝HI”的状态。
＜第4实施方式＞
＜装置的构成＞
将包含半导体异常检测电路的电子控制装置的构成例(2)示出在图9中。图9所示的构成是图1所示的构成的变形例，不同点在于追加有输出监视电路60。输出监视电路60以外的构成与图1大体上相同。
如图9所示，输出监视电路60的输入与输出端子10b连接。即，输出监视电路60是为了监视输出端子10b的电压而设置的。输出端子10b的电压经由监视信号线61被外加在微型计算机20的模拟输入接口20c上。
因此，在图9所示的电子控制装置100B中，微型计算机20能够监视感测信号SG3的电压、及输出端子10b的输出信号(SG2)这双方。
＜故障检测的动作＞
在图9的电子控制装置100B基于输出端子10b的输出信号(SG2)识别故障的有无的情况下，也能够利用图2所示的识别条件执行诊断。即，在“IN输入＝LO”的状态下，若输出端子10b的输出信号(SG2)与“GND电平”同等级，则能够视为正常，若与“HI”同等级，则能够视为异常。
另外，在“IN输入＝HI”的状态下，若输出端子10b的输出信号(SG2)与“HI”同等级，则有可能正常，若输出端子10b的输出信号(SG2)是“HI”以外，则有可能开关元件11断线、劣化。
在图9所示的电子控制装置100B中，由于使用输出端子10b的输出信号(SG2)及感测信号SG3这2个系统的信号诊断故障，因此，能够进行更高精度的故障诊断。
＜第5实施方式＞
在图1所示的电子控制装置100中，将具有用于检测开关元件11的故障的有无的功能微型计算机20连接在功率半导体器件10的外部。但是，在实现这样的故障检测功能的情况下，未必需要利用计算机。
因此，虽未图示，但是，在第5实施方式中，将实现故障检测功能的控制电路内置于功率半导体器件10自身。该控制电路执行与图3、图4所示的处理同等的处理。即，监视感测信号SG3的电压，并且，根据控制输入端子10c的二值信号的“HI/LO”切换SG3的电压的阈值来识别故障的有无。由此，能够省略微型计算机20。
此处，将上述的本发明的半导体异常检测电路的实施方式的特征分别简要地总结并列记为以下(1)～(7)。
(1)一种半导体异常检测电路，其特征在于，
包括：
半导体电路(功率半导体器件10)，其包含：在电源(电源线70)与负载(50)之间的通电路中配置的开关元件(11)；和生成与在所述开关元件中流动的电流对应的感测信号的感测信号生成部(逻辑·传感器电路12)；以及
控制部(功率半导体器件10或者微型计算机20)，其将向所述开关元件的控制输入端子外加的指令电压(二值信号SG1)电平的高/低进行二值切换，控制向所述负载的电力供给，
在所述指令电压电平为与所述开关元件的非通电相对应的断开电压、并且所述感测信号的电压值和与所述开关元件的非通电相的预定断开电压是同等级时，或者，在所述指令电压电平为与所述开关元件的通电相对应的接通电压、并且所述感测信号的电压值和与所述负载的定常通电状态相对应的预定接通电压是同等级时，所述控制部识别为所述半导体电路正在正常地进行驱动。
(2)如(1)所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
在所述指令电压电平为所述断开电压的情况下的所述感测信号的电压值和所述预定断开电压是同等级、并且在所述指令电压电平为所述接通电压的情况下的所述感测信号的电压值和所述预定接通电压是同等级时，所述控制部识别为所述半导体电路正在正常地进行驱动。
(3)如(2)所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
所述控制部检测了在所述指令电压电平为所述断开电压的情况下的所述感测信号的电压值后，检测在所述指令电压电平为所述接通电压的情况下的所述感测信号的电压值。
(4)如(1)至(3)的任1项所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
还具有能够与所述半导体电路之间发送接收信号的控制电路(微型计算机20)，
在所述控制电路中包含所述控制部。
(5)如(1)至(3)的任1项所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
在所述半导体电路(功率半导体器件10)中包含所述控制部。
(6)如(4)所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
还具有用于将与在所述开关元件的输出端子(10b)出现的电压同等级的信号输入到所述控制电路的监视信号线(61)，
所述控制电路基于所述感测信号(SG3)的电压值、及从所述监视信号线输入的电压值(输出信号SG2)，识别所述半导体电路是否正常地进行驱动。
(7)如(1)至(6)的任1项所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
所述控制部在检测到所述指令电压电平成为所述接通电压后，待机到经过了至少事先决定的延迟时间(时间阈值Td)后，检测所述感测信号的电压值。

Claims (6)

1.一种半导体异常检测电路，其特征在于，
包括：
半导体电路，其包含：在电源与负载之间的通电路中配置的开关元件；和生成与在所述开关元件中流动的电流相对应的感测信号的感测信号生成部；
控制部，其将向所述开关元件的控制输入端子外加的指令电压电平的高/低进行二值切换，控制向所述负载的电力供给；
接口，其将所述半导体电路的输入和所述控制部的输出连接；以及
信号输入电路，其连接于所述半导体电路的感测信号输出端子，将所述感测信号的电流值转换为电压并给予到所述控制部；
所述感测信号生成部生成用于使所述开关元件接通断开的信号，在所述指令电压电平为与所述开关元件的非通电相对应的断开电压、并且所述感测信号的电压值和与所述开关元件的非通电相对应的预定断开电压是同等级时，或者，在所述指令电压电平为与所述开关元件的通电相对应的接通电压、并且所述感测信号的电压值和与所述负载的定常通电状态相对应的预定接通电压是同等级时，所述控制部识别为所述半导体电路正在正常地进行驱动，
所述控制部在检测到所述指令电压电平成为所述接通电压后，待机到经过了至少事先决定的延迟时间后，检测所述感测信号的电压值，
所述事先决定的延迟时间包含具有所述负载的延迟时间。
2.如权利要求1所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
在所述指令电压电平为所述断开电压的情况下的所述感测信号的电压值和所述预定断开电压是同等级、并且在所述指令电压电平为所述接通电压的情况下的所述感测信号的电压值和所述预定接通电压是同等级时，所述控制部识别为所述半导体电路正在正常地进行驱动。
3.如权利要求2所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
所述控制部检测了在所述指令电压电平为所述断开电压的情况下的所述感测信号的电压值后，检测在所述指令电压电平为所述接通电压的情况下的所述感测信号的电压值。
4.如权利要求1至3的任1项所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
还具有能够与所述半导体电路之间发送接收信号的控制电路，
在所述控制电路中包含所述控制部。
5.如权利要求1至3的任1项所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
在所述半导体电路中包含所述控制部。
6.如权利要求4所述的半导体异常检测电路，其特征在于，
还具有用于将与在所述开关元件的输出端子出现的电压同等级的信号输入到所述控制电路的监视信号线，
所述控制电路基于所述感测信号的电压值、及从所述监视信号线输入的电压值，识别所述半导体电路是否正常地进行驱动。
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