CN105191134A - 警报输出电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种警报输出电路，其能基于从一个输出端子输出的警报信号来应对同时产生多个警报因素的情况。该警报输出电路通知外部在智能功率模块中产生了警报因素(UV、OC、OH、OV)。数字/模拟转换器(5)中输入表示有无产生各警报因素(UV、OC、OH、OV)的数字数据，并输出对应的电压。电压控制振荡器(VCO)输出与数字/模拟转换器(5)的输出电压(V)相对应的频率的信号。

Description

警报输出电路

技术领域

本发明涉及内置于智能功率模块内的警报输出电路。

背景技术

智能功率模块是指将功率半导体元件与其栅极驱动电路或保护电路等一并模块化而成的模块。图4中示出了内置于智能功率模块内的警报输出电路的现有例。

智能功率模块中的报警因素例如具有如下情况等：栅极驱动电路等中的电源电压下降(UV：UnderVoltage：欠压)、IGBT等功率器件的过电流(OC：OverCurrent)、该功率器件过热(OH：OverHeat)、过电压(OV：OverVoltage)等。这些警报因素的产生通过未图示的各个检测电路来检测出。从各检测电路输出的检测信号分别经由所对应的端子T1、T2、T3及T4而输入至或电路1。

图5(a)中示出了某个警报因素的检测信号。该H(高)电平的检测信号经由或电路1而启动锁存定时器2。在该锁存定时器2的定时动作期间警报因素消失的情况下，该锁存定时器2在计时结束时刻解除信号的输出，但在该计时结束时刻还残留有某个警报因素的情况下，持续输出信号直到该警报因素消失。锁存定时器2在其动作时，输出如图5(b)所示例那样的H(高)电平的信号TM。

锁存定时器2的输出信号TM驱动输出晶体管3的栅极。因此，图5(c)所示的L(低)电平的脉冲信号从被电阻4上拉的输出端子T5作为警报信号ALM输出。

另一方面，在专利文献1中公开了一种装置，该装置具备：各个脉冲发生电路，该各个脉冲发生电路根据各警报因素的产生来产生频率不同的脉冲信号；以及或电路，该或电路输入有从各脉冲发生器输出的脉冲信号。根据该装置，根据从上述或电路输出的脉冲信号的频率来识别所发生的警报因素。

另外，专利文献2的图2中示出了具有与图4所示的上述警报输出电路相同结构的现有例。此外，在该专利文献2的图1中公开了一种技术，该技术将表示有无产生多个警报因素的数字数据输入到解码器，通过将从该解码器输出的数据与预先设定的警报因素检测数据进行对照，来识别所产生的警报因素。

此外，专利文献3中公开了一种装置，该装置具备各个信号输出电路，该各个信号输出电路分别根据各警报因素的产生来产生不同脉冲宽度的脉冲信号。根据该装置，在产生警报因素时，基于从与该警报因素相对应的信号输出电路输出的脉冲信号的脉冲宽度来识别出该警告因素。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11-17508号公报

专利文献2：日本专利特开平10-267977号公报

专利文献3：日本专利特开平8-70580号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

从图4所示的警报输出电路输出的警报信号ALM虽然示出了产生了某种警报因素，但并不示出警报因素是什么，因此具有无法直接应对警报因素的缺点。

另外，专利文献1、3所记载的装置虽然能识别出所产生的警报因素，但需要并联配置与警报因素的数量相对应数量的处理电路，因此结构复杂，成本较高。

专利文献1、3所记载的装置也具有在同时产生多个警报因素的情况下无法应对的问题。

也就是说，在专利文献1所涉及的装置中，在同时产生了多个警报因素的情况下，频率不同的多个信号相互重叠而成的频率不明的信号被输出，因此难以基于频率来识别警报因素。

另外，在专利文献3所涉及的装置中，在同时产生多个警报因素的情况下，脉冲宽度不同的多个脉冲信号被输出到共同的线上，因此具有最长脉冲宽度的脉冲信号将其他脉冲信号遮住，其结果是，仅能识别出脉冲宽度最长的脉冲信号所对应的警报因素。

另一方面，根据专利文献2的图1所示的结构，虽然能够同时应对多个警报因素的产生，但输出端子的数量只有一个是不够的，而需要多个输出端子。集成电路中，大多情况下一般端子的安排都会费脑筋，因此在不合理地增加端子数的情况下，必须使用整个行列上的封装。然而，若使用整个行列上的封装，则在成本及尺寸(物理性空间)方面将产生问题。

因此，本发明的目的在于实现一种警报输出电路而不会一味地增大电路规模，该警报输出电路能基于从一个输出端子输出的警报信号来应对同时产生多个警报因素的情况，。

用于解决技术问题的手段

本发明通过如下的警报输出电路来达成上述目的，该警报输出电路分别将智能功率模块中的多个警报因素有无产生作为逻辑值来进行输入，并基于该逻辑值来通知外部所述报警因素的产生，该警报输出电路包括：

数字/模拟转换器，该数字/模拟转换器中输入由与各所述警报因素有关的逻辑值构成的数字数据，并输出与该数字数据相对应的电压；以及电压控制振荡器，该电压控制振荡器输出与所述数字/模拟转换器的输出电压相对应的频率的信号。

作为实施方式，还可具备：锁存定时器，该锁存定时器在产生了所述警报因素中的任一个时被启动；以及求出所述电压控制振荡器的输出信号与表示所述锁存定时器正在工作中的信号的逻辑与的电路。

作为其他实施方式，还可具备采样/保持电路，该采样/保持电路根据采样/保持信号使所述数字/模拟转换器的输出电压通过或保持，所述电压控制振荡器输出与所述采样/保持电路的输出电压相对应的频率的信号。

该情况下，能够将表示所述锁存定时器正在工作中的信号与选择是否对所述采样/保持电路输入所述采样/保持信号的选择信号的逻辑与作为所述采样/保持电路的所述采样/保持信号。

发明效果

本发明具备：数字/模拟转换器，该数字/模拟转换器中输入由与各警报因素有关的逻辑值构成的数字数据，并输出与该数字数据相对应的电压；以及电压控制振荡器，该电压控制振荡器输出与该数字/模拟转换器的输出电压相对应的频率的信号，因此能够实现一种警报输出电路而不会一味地增大电路规模，该警报输出电路能基于从一个输出端子输出的警报信号来应对同时产生多个警报因素的情况。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的警报输出电路的一个实施方式的电路图。

图2是表示实施方式所涉及的警报输出电路在非优先模式时的动作的时序图。

图3是表示实施方式所涉及的警报输出电路在优先模式时的动作的时序图。

图4是表示警报输出电路的现有例的电路图。

图5是表示现有例所涉及的警报输出电路的动作的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

图1中示出了智能功率模块(以下简称作IPM)中内置的本发明所涉及的警报输出电路的一个实施方式，图2示出了其时序图。此外，该图1中对与图4所示的要素相同的要素附加相同的标号。

该警报输出电路具备图4所示的或电路1、锁存定时器2、输出晶体管3以及上拉电阻4，此外，还具备：数字/模拟转换器(以下简称作D/A转换器)5、采样/保持电路(以下简称作S/H电路)6、电压控制振荡器(以下简称作VCO)7、与电路8以及与电路9。

本实施方式中，为了简化说明，将IPM的警报因素设为：栅极驱动电路等中的电源电压下降(UV)、IGBT等功率器件的过电流(OC)、该功率器件过热(OH)以及过电压(OV)这四种情况，但本发明并不限于此。

这些警报因素UV、OC、OH、OV的产生通过未图示的各个检测电路来检测出。各检测电路在检测到产生警报因素时输出“H(高)”电平的检测信号。

上述各检测电路的输出的逻辑值作为四比特的数字数据D1(UV)、D2(OC)、D3(OH)、D4(OV)经由端子T1、T2、T3、T4输入至D/A转换器5中。因此，从该D/A转换器5输出与该数字数据D1～D4相对应的电压V。该D/A转换器5可以使用各种形式的转换器，本实施方式中，使用利用电阻来对经由端子T6输入的参考电压VR进行分压的阶梯电阻型的转换器。该D/A转换器5的输出电压V被输入至S/H电路6。

上述四比特的数字数据D1～D4也被输入至或电路1。

因此，若数字数据D1～D4中的某个逻辑值为“H”，则通过该或电路1将锁存定时器2启动，其结果是，从该锁存定时器2输出如图2(b)所示那样的“H”电平的信号TM。

如上所示，在该锁存定时器2的定时动作期间警报因素消失的情况下，该锁存定时器2在计时结束时刻解除信号的输出，但在该计时结束时刻还残留有某个警报因素的情况下，持续输出信号直到该警报因素消失。

S/H电路6在非保持时输出跟随输入电压V的电压，在保持时保持并输出输入电压V。VCO7输入S/H电路6的输出电压，并产生与该电压相对应的频率的脉冲信号OSC。

与电路8的一个输入端子与VCO7的输出端子相连接，其另一个输入端子与锁存定时器2的输出端子相连接，另外，其输出端子与输出晶体管3的栅极相连接。与电路9的一个输入端子与后述的端子T7相连接，其另一个输入端子与锁存定时器2的输出端子相连接，另外，其输出端子与S/H电路6的保持信号输入端子相连接。

接着，参照下述真值表及图2来说明本实施方式所涉及的警报输出电路的动作。

[表1]

对使最开始产生的警报因素优先的“优先模式”与不使最开始产生的警报因素优先的“非优先模式”中的某个进行选择的模式选择信号从未图示的控制电路输入至上述端子T7。该模式选择信号在“优先模式”时及“非优先模式”时分别表示“H”电平及“L(低)”电平。首先，对模式选择信号为“L”电平的情况、即选择了“非优先模式”的情况下的动作进行说明。

该情况下，从与电路9的输出端子输出的采样/保持信号SHS变为“L”电平，因此，S/H电路6不进行保持动作。因此，从S/H电路6输出跟踪D/A转换器5的输出电压V的电压。

如上述表所示，D/A转换器5的输出电压V根据上述数字数据D1～D4的逻辑值而从V0变化至V15，因此该VCO7的输出信号OSC的频率也从F0变化至F15。此外，D/A转换器5的输出电压V(V0～V15)变得低于所述参考电压VR。另外，若设为上述表中为i＜j，则电压Vi、Vj为Vi＜Vj，另外，频率Fi、Fj为Fi＜Fj。

此处，若假设警报因素UV、OC、OH、OV均未产生，则数字数据D1、D2、D3、D4的逻辑值分别变为“L”、“L”、“L”、“L”，因此D/A转换器5输出图2(c)所示的电压V0，S/H电路6也输出该电压V0。因此，VCO7产生如图2(d)所示的频率F0的脉冲信号OSC并输出至与电路8。然而，由于锁存定时器2未启动，因此信号TM为“L”电平。因此，与电路8的输出信号G变为“L”，其结果是，输出晶体管3截止，从输出端子T5输出“H”电平的警报信号ALM。因此，未图示的控制电路基于警报信号ALM为“H”电平，判断警报因素UV、OC、OH、OV均未产生，根据需要控制IPM内部或使用了IPM的系统。

接着，若假设产生了警报因素UV、OC、OH、OV内的任一个，则从与该产生的警报因素相对应的检测电路输出如图2(a)所示那样的“H”电平的检测信号。

此处，若假设产生的警报因素例如为UV，则数字数据D1、D2、D3、D4的逻辑值变为“H”、“L”、“L”、“L”。

该情况下，D/A转换器5在该数据持续期间输出图2(c)所示的电压V1，因此S/H电路6也输出该电压V1，其结果是，从VCO7输出图2(d)所示频率F1的脉冲信号OSC。另一方面，伴随着警报因素UV的产生，锁存定时器2启动，因此从该锁存定时器2输出图2(b)所示的“H”电平的信号TM。

上述信号OSC及TM被输入至与电路8，因此在数字数据D1、D2、D3、D4的逻辑值变为“H”、“L”、“L”、“L”的期间，从该与电路8输出图2(e)所示频率F1的脉冲信号G。其结果是，输出晶体管3在频率F1下进行切换动作，从输出端子T5输出图2(f)所示的频率F1的警报信号ALM。因此，未图示的控制电路基于警报信号ALM的频率F1与上述表之间的关系来判断警报因素UV产生与否，执行用于去除该因素的处理，并根据需要来控制IPM内部或使用了IPM的系统。

此外，若警报因素解除而数字数据D1、D2、D3、D4的逻辑值变为“L”、“L”、“L”、“L”，则在该时刻，信号TM为“H”，在该情况下，从与电路8输出频率F0的脉冲信号G，警报信号ALM的频率变为F0。由于警报信号ALM的频率变为F0，因此，未图示的控制电路判断为警报因素被解除。

即使产生了其他警报因素OC、OH、OV中的任一个，也执行基于上述内容的动作。

此处，对产生了某一个警报因素期间又产生了另一个警报因素的情况进行说明。

例如，在产生了警报因素UV期间，又产生了警报因素OC的情况下，数字数据D1、D2、D3、D4的逻辑值变为“H”、“H”、“L”、“L”，因此D/A转换器5的输出电压及S/H电路6的输出电压变为V3，从而从VCO7输出频率F3的脉冲信号OSC。随之，从与电路8输出频率F3的脉冲信号G，因此从输出端子T5输出频率F3的警报信号ALM。因此，未图示的控制电路基于警报信号ALM的频率F3与上述表之间的关系判断为警报因素UV、OC同时产生，执行用于去除该因素的处理，并根据需要通过显示单元来显示该判断结果。

即使在产生了两个警报因素的期间，又产生了其他一个或两个警报因素的情况下，也执行基于上述内容的动作。

也就是说，例如，在产生了警报因素UV、OC期间，又产生了警报因素OH的情况下，数字数据D1、D2、D3、D4的逻辑值变为”H”、”H”、”H”、”L”，因此D/A转换器5的输出电压及S/H电路6的输出电压变为V7，从而从VCO7输出频率F7的脉冲信号OSC。随之，从与电路8输出频率F7的脉冲信号G，因此从输出端子T5输出频率F7的警报信号ALM。

另外，例如，在产生了警报因素UV、OC期间，又产生了警报因素OH、OV的情况下，数字数据D1、D2、D3、D4的逻辑值变为”H”、”H”、”H”、”H”，因此D/A转换器5的输出电压及S/H电路6的输出电压变为V15，从而从VCO7输出频率F15的脉冲信号OSC。随之，从与电路8输出频率F15的脉冲信号G，因此从输出端子T5输出频率F15的警报信号ALM。

接着，利用图3来说明选择了“优先模式”的情况下的动作，即、”H”电平的模式选择信号输入至上述端子T7的情况的动作，其中，所述“优先模式”使最开始产生的警报因素优先。

例如，在产生了警报因素UV的情况下，如上所述，D/A转换器5输出电压V1，并且，锁存定时器2被启动。在锁存定时器2启动的情况下，从该锁存定时器2输出的”H”电平的信号TM输入至与电路9的一个输入端子。此时，上述”H”电平的模式选择信号输入至该与电路9的另一个输入端子，因此伴随着上述锁存定时器2启动，从与电路9输出与信号TM同步的”H”电平的采样/保持信号SHS。S/H电路6通过该”H”电平的采样/保持信号SHS来保持D/A转换器5的输出电压V1，因此，从VCO7输出频率F1的脉冲信号OSC，其结果是，从输出端子T5输出频率F1的ALM信号。

此处，若在锁存定时器2计时结束之前，产生了其他警报因素、例如警报因素OC，则该情况下，D/A转换器5的输出电压变为V3。然而，此时，由于S/H电路6维持保持状态，也就是说持续输出电压V1，因此直到锁存定时器2变为关为止的期间，频率F1的ALM信号持续从输出端子T5输出。此外，即使在锁存定时器2计时结束之前，产生了警报因素OC、OH或OC、OH、OV的情况下，同样从输出端子T5持续输出频率F1的ALM信号。

由此，在选择了“优先模式”时，使最开始产生的警报因素(在上述示例中为警报因素UV)优先，换言之，忽略之后产生的警报因素。此外，在锁存定时器2变为关的时刻以后，使之后第一个产生的警报因素优先。

此外，从上述说明可知，“优先模式”、“非优先模式”的选择表示对S/H电路6输入、不输入采样/保持信号的选择，通过对与电路9输入模式选择信号来执行该选择。

上述实施方式中，将四比特的数字数据D1～D4输入D/A转换器5，但也可以利用解码器来对该数字数据D1～D4进行解码后，将其输入至D/A转换器5。当然，该情况下，作为D/A转换器5，使用能输入经解码后的数字数据的结构的D/A转换器。

根据上述实施方式所涉及的警报输出电路，在产生了多个警报因素UV、OC、OH、OV内的任一个的情况下，输出与该产生的警报因素相对应的频率的警报信号ALM。因此，接收该警报信号ALM的控制电路侧基于该警报信号ALM的频率来对产生了哪种警报因素进行识别，从而能进行适于该因素的控制(保护、恢复等)。

也就是说，例如在产生了警报因素OH的情况下，希望在包含IPM的系统整体的过热状态缓解之后，恢复系统的动作，然而，在上述情况下，能选择如下控制：即、比产生了其他警报因素的情况更长时间地持续动作停止状态，之后恢复系统的动作。

另外，在基于过负载而产生了警报因素OC的情况下，利用保护电路来执行自关闭处理，而在该处理之后，再次启动IGBT等功率器件的切换控制时，能选择如下控制：即、减少PWM控制中的该功率器件的导通期间，从而减少流过该功率器件的平均电流。

此外，在产生了警报因素UV、警报因素OV的情况下，怀疑提供至系统内的IPM的电源电压发生变动，因此选择如下控制：在产生警报因素UV时使电源电压在升压方向上变化，在产生警报因素OV时使电源电压在降压方向上变化。

本实施方式所涉及的警报输出电路在上述优点的基础上，还能获得如下优点：能基于从一个输出端子T5输出的警报信号ALM应对同时产生多个警报因素的情况。

标号说明

1或电路

2锁存定时器

3输出晶体管

4电阻

5数字/模拟转换器

6采样/保持电路

7电压控制振荡器

8与电路

9与电路

Claims (4)

1.一种警报输出电路，分别将智能功率模块中的多个警报因素的有无产生作为逻辑值来进行输入，并基于该逻辑值来通知外部所述报警因素的产生，该警报输出电路的特征在于，包括：

数字/模拟转换器，该数字/模拟转换器中输入由与各所述警报因素有关的逻辑值构成的数字数据，并输出与该数字数据相对应的电压；以及

电压控制振荡器，该电压控制振荡器输出与所述数字/模拟转换器的输出电压相对应的频率的信号。

2.如权利要求1所述的警报输出电路，其特征在于，还包括：

锁存定时器，该锁存定时器在产生了所述警报因素中的任一个时被启动；以及

求出所述电压控制振荡器的输出信号与表示所述锁存定时器正在工作中的信号的逻辑与的电路。

3.如权利要求1或2所述的警报输出电路，其特征在于，

还包括采样/保持电路，该采样/保持电路根据采样/保持信号使所述数字/模拟转换器的输出电压通过或保持，

所述电压控制振荡器输出与所述采样/保持电路的输出电压相对应的频率的信号。

4.如权利要求3所述的警报输出电路，其特征在于，

将表示所述锁存定时器正在工作中的信号与选择是否对所述采样/保持电路输入所述采样/保持信号的选择信号的逻辑与作为所述采样/保持电路的所述采样/保持信号。