CN105389932A - 警报处理电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够实现构成的简单化和成本的降低的警报处理电路。本发明的警报处理电路具备：多个异常检测电路(9-1～9-n)，其分别检测不同的异常并输出警报信号；信号变换电路(13-1～13-n、17)，其将从多个异常检测电路(9-1～9-n)输出的警报信号分别变换为具有对应于异常的种类的固有的时间宽度的时间信号；和判断电路(21)，其基于从信号变换电路(13-1～13-n、17)输出的时间信号的时间宽度对异常的种类进行判断。

Description

警报处理电路
技术领域
本发明涉及一种内置于智能功率模块(IPM，IntelligentPowerModule)等并能够适合使用的警报处理电路。
背景技术
在专利文献1中公开了一种将从多个异常电流判断部发送来的多个警报信号输入至“与”门，然后将该“与”门的输出信号作为单一的异常电流警报信号向外部输出的技术。
另一方面，在专利文献2中公开了一种将从外部输入的两个信号(为了进行阈值设定的信号和开关元件的驱动信号)经由一个光电耦合器以分时的方式传导到电力变换电路的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-300752号公报
专利文献2：日本特开2009-142016号公报
发明内容
技术问题
然而，由于专利文献1所记载的技术仅具有识别是否产生了警报信号的功能，所以在产生警报信号的情况下，具有无法得知该警报信号是基于什么原因而产生的缺点。
另一方面，在专利文献2中所记载的技术虽然对削减输入端子数(光电耦合器的使用数)有贡献，但由于是用于发送非警报信号的普通信号，所以当然不具有判断多个报警信号中的哪个信号产生的功能。而且，由于该技术在两个信号总是在预先决定的时刻和以预先决定的形式被发送来的前提下，才能够分离这两个信号，所以具有不适用于警报信号这样不清楚何时会发生的缺点。
所以，本发明的目的为提供多个警报信号能够共用一个信号传导路径，并且在任一时刻产生警报信号的情况下，都能够对该警报信号是基于何种异常的警报信号而进行判断的警报处理电路。
技术方案
本发明通过提供具备以下部分的警报处理电路，来达成上述目的。即具备：多个异常检测电路，其分别检测不同的异常并输出警报信号；信号变换电路，其将从上述多个异常检测电路输出的上述警报信号分别变换为具有对应于上述异常的种类的固有的时间宽度的时间信号；和判断电路，其基于从上述信号变换电路输出的上述时间信号的时间宽度对上述异常的种类进行判断。
例如，上述信号变换电路可以具备：多个计时器，其分别通过从上述多个异常检测电路输出的上述警报信号来启动，并输出上述时间信号；和“或”电路，其得到上述多个计时器的输出信号的逻辑和。
并且，例如，上述多个异常检测电路用于检测涉及逆变器装置的异常。
上述多个异常检测电路之一可以构成为，在有短路电流流过上述逆变器装置的桥接电路的功率元件的情况发生时，检测为异常。在该情况下，将通过该异常检测电路输出的警报信号来启动的上述计时器的输出信号可以用作使上述功率元件的驱动停止的控制信号。
并且，警报处理电路还能够具备信号处理电路，在从上述信号变换电路输出的上述时间信号具有重复波形的情况下，从该时间信号提取单一波形的时间信号。
在优选的实施方式中，警报处理电路还具备输出时间宽度比从上述多个计时器输出的时间信号的最短时间宽度更短的警报信号的异常检测电路，并将该警报信号作为时间信号输入到上述“或”电路。
上述判断电路可以构成为，在上述“或”电路的输出信号的时间宽度比从上述各计时器输出的时间信号的最短时间宽度短的情况下，将上述“或”电路的输出信号判断为噪声。
发明效果
根据本发明，由于将从多个异常检测电路输出的警报信号分别变换为与异常的种类对应的具有固有的时间宽度的时间信号，所以多个警报信号可以共用传导该时间信号的一个信号传导路径。这为构成的简单化和成本的降低做出贡献。并且，因为不论警报信号在什么时刻产生，都能够对该警报信号是基于何种异常的警报信号进行判断，所以本发明作为适用于智能功率模块等的警报处理电路具有有益效果。
附图说明
图1为表示本发明的警报处理电路的一个实施方式的框图。
图2A-图2D为表示相对臂的导通(ON)期间、短路电流的发生时刻以及计时器的计时动作的时序图。
图3A-图3D为表示相对臂的导通期间、短路电流的发生时刻以及计时器的计时动作的另一时序图。
图4A-图4D为表示不足电压产生期间以及计时器的计时动作的时序图。
图5A-图5D为表示不足电压产生期间以及计时器的计时动作的另一时序图。
图6为表示“或”电路的一例的电路图。
图7为表示信号处理电路的一例的电路图。
图8A-图8F为表示信号处理电路的动作的时序图。
图9为表示判断电路的一例的电路图。
图10为表示警报的种类判断步骤的一例的流程图。
符号说明
1光电耦合器
3栅极驱动电路
5IGBT
9-0～9-n异常检测电路
11温度传感器
13-1～13-n计时器
15“或”(OR)电路
17“或”电路
18光电耦合器
19信号处理电路
21警报判断电路
23温度检测电路
25光电耦合器
27控制电路
AN1～ANn“与”电路
AN01、AN02“与”电路
AN20～AN2(n-1)“与”电路
CO计数器
DE译码器
DEL延迟电路
FF0～FFn置位复位触发器
FF01、FF02置位复位触发器
IN01逆变器
IN0～IN(n-1)逆变器
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的警报处理电路的实施方式进行说明。
在图1中，驱动信号经由光电耦合器1被输入至栅极驱动电路3。栅极驱动电路3在后述的输出停止指示信号未被输入的正常状态下，将上述驱动信号传导至IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅型双极晶体管)5的栅极端子。
本实施方式中的IGBT5作为逆变器装置、例如向电动汽车用发动机提供电力的逆变器装置的桥接电路的功率元件(开关元件)而使用。该IGBT5具有感测端子(电流检测发射极端子)，并且，并联连接有续流二极管7。
异常检测电路9-0～9-n(n为1以上的整数)是对上述逆变器装置中产生的异常，分别检测不同的异常，并输出表示该异常的信号的电路。在此，针对异常检测电路9-1、9-2进行具体地说明。
异常检测电路9-1将从IGBT5的感测端子输出的电流与阈值电流进行比较，当前者的电流超过后者的电流时，输出表示有短路电流流过IGBT5的警报信号。
上述短路电流通过以下方式产生。即，在构成逆变器装置的桥接电路的桥臂的IGBT5，串联连接有构成相对臂的其他的IGBT。在图2A所示的该相对臂的IGBT的导通期间，当由于IGBT5的栅极驱动电路的故障和/或噪声等而使IGBT5错误导通时，导致与IGBT5的导通动作相伴地，在IGBT5中流过图2B所示的过大的集电极电流Ic(短路电流)。这时，由于从IGBT5的感测端子输出的感测电流异常增大，所以通过监测该感测电流的异常检测电路9-1检测到上述短路电流的产生。
另一方面，异常检测电路9-2将施加在栅极驱动电路3、异常检测电路9-0～9-n等的电源电压与阈值电压进行比较，当前者的电压低于后者的电压时，输出如表示电源电压不足期间的图4A所示那样的警报信号。
其他的异常检测电路也通过检测指定的异常而输出表示该异常的警报信号。其中，从异常检测电路9-0～9-n输出的警报信号都是从L(Low)水平向H(High)水平变化的信号。
计时器13-1～13-n是在分别从异常检测电路9-1～9-n输出警报信号的时刻，对预定时间T1～Tn(T0<T1<···<Tn)进行计时的计时器。该计时器13-1～13-n的输出信号S1～Sn是在这些计时器13-1～13-n进行计时的过程中，维持H水平的时间信号。图2C表示从计时器13-1输出的时间宽度T1(例如10mS)的信号S1，并且，图4C表示从计时器13-2输出的时间宽度T2(例如100mS)的信号S2。
应予说明，通过异常检测电路9-0所检测的异常的状态为在比计时器13-1的计时时间T1短的时间内恢复到正常状态的状态。
上述异常检测电路9-0～9-n中的任何一个在检测到异常的状态下，有必要停止对IGBT5供给栅极驱动信号，从而防止逆变器装置的错误动作和/或构成该逆变器装置的元件的损伤等。
所以，栅极驱动电路3在上述的异常状态下进行动作以停止栅极驱动信号的输出。即，在从异常检测电路9-0、9-2、9-3、···9-n输出了警报信号时、和/或在从计时器13-1、13-2输出了信号S1、S2时，所输出的信号被输入至“或”电路15。这时，“或”电路15将该输出信号作为信号停止指示信号输出至栅极驱动电路3。其结果为，在上述信号停止指示信号从“或”电路15输出的过程中，即在异常检测电路9-0～9-n中的任何一个电路检测到异常的期间，栅极驱动电路3停止栅极驱动信号的输出。
然而，在上述“或”电路15中，并没有输入从异常检测电路9-1输出的警报信号，而是输入计时器13-1的输出信号S1。以下，对其理由进行说明。
从异常检测电路9-1输出的警报信号在产生短路电流的时刻，从L水平向H水平变化。因此，当将该警报信号输入至“或”电路15时，与产生该警报信号的同时，停止栅极驱动信号的输出，短路电流消失。当短路电流消失时，由于从异常检测电路9-1输出的警报信号返回至L水平，所以导致栅极驱动信号的输出再度开始，再次产生短路电流。
如此，当将从异常检测电路9-1输出的警报信号输入至“或”电路15时，在相对臂的导通期间，会出现重复产生短路电流这种不良现象。
与此相对，像本实施方式这样，当将计时器13-1的输出信号S1输入至“或”电路15时，在该输出信号S1在H水平的期间T1中，栅极驱动信号的输出被停止。因此，如图2A-2D所示那样，当相对臂的导通期间比计时器13-1的输出信号S1的时间宽度T1短时，在该相对臂的导通期间中，将避免重复产生短路电流这种不良现象。
即使在相对臂的导通期间比计时器13-1的输出信号S1的时间宽度T1长(T1<导通期间<2×T1)的如图3A-3D所示那样的情况下，也能够避免重复产生短路电流这种不良现象。
也就是说，在该情况下，计时器13-1在最开始检测到短路电流的时刻，开始时间T1的计时，并且在该计时结束后，在检测到下一个短路电流的时刻，再次开始时间T1的计时。与图2A-2D的情况相同，由于在计时器13-1的计时过程中，栅极驱动信号的输出被停止，即使在图3A-3D的例子中，也能够避免重复产生短路电流这种不良现象。
其中，即使在相对臂的导通期间比2×T1大的情况下，但由于执行以上述为标准的计时器13-1的计时动作，所以仍然会避免重复产生短路电流这种不良现象。
接下来，对于从异常检测电路9-2输出针对图4A或图5A所示的不足电压的警报信号的情况进行说明。该情况下，该不足电压的警报信号被输入至“或”电路15，并且从计时器13-2输出的信号S2也被输入至“或”电路15。因此，如图4A-4D所示那样，在不足电压产生期间比计时器13-2的输出信号S2的时间宽度T2短的情况下，在该时间宽度T2的信号S2被输出过程中，栅极驱动电路3停止栅极驱动信号的输出。并且，如图5A-5D所示那样，在不足电压产生期间比计时器13-2的输出信号S2的时间宽度T2长的情况下，在产生不足电压的警报信号过程中，在该时间宽度T2的信号S2被输出过程中，栅极驱动电路3停止栅极驱动信号的输出。其结果为，至少在产生针对不足电压的警报信号的过程中，IGBT5的导通、关断动作停止，保持在关断状态。
在其他的异常检测电路9-0、9-3、···9-n输出警报信号期间中也同样，IGBT5的导通、关断动作被停止(通常使之为关断状态)。并且，根据异常检测电路9-3、···9-n中作为检测对象的异常的内容，将对应于这些异常的信号S3、···Sn单独地，或者与从对应于这些异常的异常检测电路9-3、···9-n被输出的警报信号一起，输入至“或”电路15。其中，根据本发明的适用对象，可以省略异常检测电路9-0、9-3、···9-n中的几个或者全部。
并且，异常检测电路9-0并非检测真正的异常，而是可以用于由噪声等导致的不规则动作的检测(例如以下的情况等，虽然噪声会使误认为看似异常的信号产生，但由于在短时间就会结束，所以能够与真正的异常进行区别)。在这种情况下，不将信号S0输入至“或”电路15。
如前所述，计时器13-1～13-n在异常检测电路9-1～9-n检测到异常的时刻被启动，分别输出时间宽度T1～Tn(T1<T2<···<Tn)的信号S1～Sn。因此，在异常检测电路9-1～9-n所检测的异常的种类和上述信号S1～Sn的时间宽度T1～Tn成为相互对应的关系。这意味着能够基于时间宽度T1～Tn对异常的种类进行识别。
从异常检测电路9-0输出的警报信号S0以及计时器13-1～13-n的输出信号S1～Sn被输入至“或”电路17。
在图6中表示“或”电路17的一例。该“或”电路17具有并联连接N沟道的MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)M0～Mn，即所谓的线或的构成，当输入信号S0～Sn的任意一个成为H水平时，输出L水平的信号ALa。在图2D以及图5D中示出了该信号ALa的一例。
光电耦合器18输入“或”电路17的输出信号ALa，输出与该输入信号ALa对应的信号ALb。该光电耦合器18的输出信号ALb被输入至图7所示的信号处理电路19。
就信号处理电路19而言，在具有如图8A所示那样的重复波形的信号ALb被输入时，会以从该信号ALb提取图8F所示的单一波形的信号ALc的方式进行动作。其中，图8A所示的信号ALb与图3D所示的信号ALa(ALb)相对应。
以下，针对信号处理电路19的构成以及作用进行说明。信号处理电路19具备逆变器IN01、置位复位触发器FF01、FF02以及“与”电路AN01、AN02。其中，触发器FF01、FF02通过从外部施加的复位信号而被初始化。
逆变器IN01输出将输入信号ALb反转而得到的图8B所示的信号Sa。由于触发器FF01将信号Sa输入至置位端子，所以该信号Sa在最初从L水平向H水平变化的时刻被置位。当触发器FF02被置位时，如图8C所示那样，该触发器FF01的输出信号Q01从L水平向H水平变化。
“与”电路AN01输入输入信号ALb和触发器FF01的输出信号Q01，输出图8D所示的信号Sb。由于触发器FF02向置位端子输入信号Sb，所以该信号Sb在从L水平向H水平变化的时刻被置位。当触发器FF02被置位时，如图8E所示那样，该输出信号Q02从H水平向L水平变化。
“与”电路AN02输入逆变器IN01的输出信号Sa和触发器FF02的输出信号Q02，输出图8F所示的信号ALc。该信号ALc具有提取并反转位于信号ALb最前面的波形部分所得到的单一波形。
其中，当单一波形的信号ALb被输入到信号处理电路19时，与使该信号ALb反转的信号Sa具有同样单一波形的信号ALc从该信号处理电路19被输出。
信号处理电路19的输出信号ALc被输入至警报判断电路21。图9表示警报判断电路21的构成例。
警报判断电路21具备计数器CO、译码器DE、“与”电路AN1～ANn、置位复位触发器FF0～FFn、逆变器IN0～IN(n-1)、“与”电路AN20～AN2(n-1)以及延迟电路DEL。其中，计数器CO以及触发器FF0～FFn通过从外部施加的复位信号而被初始化。
输入至该警报判断电路21的信号ALc被输入至计数器CO的开始端子ST。计数器CO在信号ALc从L水平向H水平变化的时刻开始进行计数动作，从该时刻开始对固定频率的时钟信号进行递增计数。因此，该计数器CO的计数值表示从计数开始时刻起经过的时间。该计数器CO在该Q0～Qm的输出全部变为H水平的时刻，停止计数动作。
译码器DE读取计数器CO的Q0～Qm输出，该Q0～Qm输出的组合在表示相当于时间T1～Tn(T1<T2<···<T(n-1)<Tn)的值的时刻分别输出信号该信号为从L水平向H水平变化的信号，在计数器CO被复位为止的过程总维持H水平。
信号ALc还被输入至触发器FF0的置位端子以及“与”电路AN1～ANn的一个输入端子。并且，译码器DE的输出信号分别被输入至“与”电路AN1～ANn的另一个输入端子。并且，“与”电路AN1～ANn的输出信号分别被输入至触发器FF1～FFn的置位端子。
触发器FF0～FF(n-1)的输出信号Q0～Q(n-1)分别被输入至“与”电路AN20～AN2(n-1)的第一输入端子。并且，触发器FF1～FFn的输出信号Q1～Qn通过逆变器IN0～IN(n-1)被反转之后，分别被输入至“与”电路AN20～AN2(n-1)的第三输入端子。
延迟电路DEL输入译码器DE的输出信号并输出使该信号延迟预定时间的信号该延迟信号被输入至“与”电路AN20～AN2(n-1)的第二输入端子。
以下，针对该警报判断电路21的判断动作进行说明。
当从图1所示的异常检测电路9-0～9-n中的任意一个输出警报信号时，由于信号ALc从L水平向H水平变化，所以通过计数器CO开始对时钟信号进行计数。之后，由于计数器CO在该Q0～Qm输出全部变为H水平为止持续计数动作，所以在该计数器CO的计数动作中，译码器DE的输出信号依次变为H水平。另一方面，当信号ALc从L水平变化为H水平时，由于触发器FF0被置位，所以该输出信号Q0变为H水平。
在此，当上述信号ALc持续H水平的时间为t时，该时间t根据异常检测电路9-0～9-n中的任意一个是否输出了上述警报信号而不同。也就是说，上述时间t在上述警报信号从异常检测电路9-0输出的情况下为最短，在从异常检测电路9-n输出的情况下为最长。
在此，当以上述警报信号为从异常检测电路9-0输出的信号时，因为上述时间t为0<t<T1，所以译码器DE的输出信号在成为H水平之前，“与”电路AN1～ANn的一个输入端子变为L水平。因此，即使之后译码器DE的输出信号依次变为H水平，触发器FF1～FFn会维持在初期复位状态。
当译码器DE的输出信号变为H水平时，在通过延迟电路DEL设定的延迟时间之后，H水平的延迟信号从延迟电路DEL输出。由于“与”电路AN20为输入了来自触发器FF0的H水平的信号Q0和来自逆变器IN0的H水平的反转信号的状态，在延迟电路DEL被输入延迟信号的同时，输出H水平的判断信号AL0。该判断信号AL0表示从异常检测电路9-0输出了警报信号的情况。因此，从该判断信号AL0能够确定警报的种类。
接下来，针对从异常检测电路9-n输出了警报信号的情况进行说明。在该情况下，在信号ALc从L水平变化至H水平的时刻，触发器FF0也被置位。并且，由于信号ALc的H水平持续时间t成为Ti≤t(在此，i＝1～n)，所以与译码器DE的输出信号变为H水平相伴，触发器FF1～FFn依次被置位。
然而，逆变器IN0～IN(n-1)伴随触发器FF1～FFn被置位，输出L水平的信号。因此，“与”电路AN20～AN2(n-1)被禁止输出信号AL0～AL(n-1)，其结果为，触发器FFn的H水平输出信号Qn作为判定信号ALn被输出。
接下来，针对从异常检测电路9-i(在此，i＝1～(n-1))输出警报信号的情况进行说明。
在该情况下，在信号ALc从L水平变化为H水平的时刻，触发器FF0被置位。并且，由于信号ALc的H水平持续时间t成为Ti≤t<T(i+1)，伴随译码器DE的输出信号成为H水平，触发器FF1～FFi依次被置位。
与之相伴，逆变器IN0～IN(i-1)伴随触发器FF1～FFi被置位，输出L水平的信号。因此，“与”电路AN20～AN2(i-1)被禁止输出H水平的信号AL0～AL(i-1)，其结果为，在从延迟电路DEL输出延迟信号的同时，H水平的判断信号ALi从“与”电路AN2i输出。
应予说明，由于触发器FF(i+1)～FFn其置位输入不会成为H水平，所以会保持复位，其输出信号Q(i+1)～Qn保持在L水平。因此，信号AL(i+1)～ALn不会成为H水平。
图1所示的控制电路27基于从上述警报判断电路21输出的判断信号AL0～ALn，在未图示的显示器中显示产生警报以及产生警报的种类，或向未图示的其他的装置传导该信息等。
图10为表示上述警报判断处理的概要的流程图。在本实施方式中，该警报判断处理使用逻辑电路来执行，但当然也能够使用微处理器来执行。
其中，图1所示的温度检测电路23基于温度传感器(温度检测用二极管)11的输出信号检测IGBT的温度(例如芯片温度)，经由光电耦合器25向控制电路27传导与该温度对应的信号。
IGBT5的过热是通过负载的增大等而产生的。所以，控制电路27通过温度检测电路23检测的温度对IGBT5是否过热进行判断，当判断为正在加热时，例如执行使施加到IGBT5的电源电压降低等的处理。
本发明不限定于上述实施方式，而能够包含各种变形方式。例如，如上所述，可以删除图1所示的异常检测电路9-0。在该情况下，当警报判断电路21被输入了时间宽度比从各计时器13-1～13-n输出的时间信号S1～Sn的时间宽度中的最短时间宽度更短的信号ALc时，判断该信号为基于噪声的信号，从“与”电路AN20输出该判断信号AL0。图10所示的流程图相当于该情况，在输入了时间宽度比时间信号S1～Sn的时间宽度中的最短时间宽度更短的信号ALc时，被视为噪声而忽略。
并且，光电耦合器还可以置换为绝缘变压器等。
根据上述实施方式的警报处理电路，由于从各异常检测电路9-1～9-n输出的警报信号分别变换为与异常的种类相对应的具有固有的时间宽度的时间信号，所以使得多个警报信号能够共用传导该时间信号的一个信号传导路径，具体来说，是图1所示的包含一个光电耦合器18的一个信号传导路径。并且，无论警报信号在什么时刻产生，也能够对该警报信号是基于何种异常的警报信号进行判断。

Claims (7)

1.一种警报处理电路，其特征在于，具备：
多个异常检测电路，其分别检测不同的异常并输出警报信号；
信号变换电路，其将从所述多个异常检测电路输出的所述警报信号分别变换为具有对应于所述异常的种类的固有的时间宽度的时间信号；和
判断电路，其基于从所述信号变换电路输出的所述时间信号的时间宽度对所述异常的种类进行判断。
2.根据权利要求1所述的警报处理电路，其特征在于，所述信号变换电路具备：
多个计时器，其分别通过从所述多个异常检测电路输出的所述警报信号来启动，并输出所述时间信号；和
“或”电路，其得到所述多个计时器的输出信号的逻辑和。
3.根据权利要求1或2所述的警报处理电路，其特征在于，
所述多个异常检测电路用于检测涉及逆变器装置的异常。
4.根据权利要求3所述的警报处理电路，其特征在于，
所述多个异常检测电路之一构成为，在有短路电流流过所述逆变器装置的桥接电路的功率元件的情况发生时，检测为异常，并将通过该异常检测电路输出的警报信号来启动的所述计时器的输出信号用作使所述功率元件的驱动停止的控制信号。
5.根据权利要求2所述的警报处理电路，其特征在于，
还具备信号处理电路，在从所述信号变换电路输出的所述时间信号具有重复波形的情况下，从该时间信号提取单一波形的时间信号。
6.根据权利要求2所述的警报处理电路，其特征在于，
还具备输出时间宽度比从所述多个计时器输出的时间信号的时间宽度中的最短时间宽度更短的警报信号的异常检测电路，并将该警报信号作为时间信号输入到所述“或”电路。
7.根据权利要求2所述的警报处理电路，其特征在于，
在从所述信号变换电路输出了时间宽度比从所述各计时器输出的时间信号的时间宽度中的最短时间宽度更短的时间信号的情况下，所述判断电路将该时间信号判断为噪声。
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