CN107241012B - 跨电隔离屏障的驱动信号复制 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种控制系统包括第一电压域电路。所述第一电压域电路包括用于在第一电压域中操作的电路。所述控制系统包括第二电压域电路。所述第二电压域电路包括用于在第二电压域中操作的电路。所述第二电压域电路包括驱动器电路。所述驱动器电路提供使电源开关导电的控制端驱动信号。所述第二电压域电路包括复制电路，所述复制电路具有提供所述控制端驱动信号的复制信号的输出。所述控制系统包括在所述第一电压域电路与所述第二电压域电路之间的电隔离屏障信号路径。所述复制信号由所述第二电压域电路通过所述电隔离屏障信号路径提供到所述第一电压域电路。

Description

跨电隔离屏障的驱动信号复制
技术领域
本发明大体上涉及电源开关驱动器电路。
背景技术
在电压域中采用一些晶体管(诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT))，所述电压域相较用来控制晶体管操作的数字控制电路具有显著更高的供应电压。例如，IGBT的栅极驱动信号的电压可在0伏特至100伏特之间摆动，而IGBT的数字控制电路的电压在相对较低的电压(例如3.3伏特，5伏特)下操作。电隔离屏障可用于在两个不同电压域之间传递信息。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种控制系统，控制系统包括：第一电压域电路，所述第一电压域电路包括用于在第一电压域中操作的电路；第二电压域电路，所述第二电压域电路包括用于在第二电压域中操作的电路，所述第二电压域电路包括：驱动器电路，所述驱动器电路用于提供使电源开关导电的控制端驱动信号；复制电路，所述复制电路具有提供所述控制端驱动信号的复制信号的输出；在所述第一电压域电路与所述第二电压域电路之间的电隔离屏障信号路径，其中所述复制信号由所述第二电压域电路通过所述电隔离屏障信号路径提供到所述第一电压域电路。
可选地，第一电压域电路包括被配置成提供输出信号的第一信号输出；第二电隔离屏障信号路径，所述第二电隔离屏障信号路径用于向所述第二电压域电路提供所述输出信号；所述驱动器电路在提供所述控制端驱动信号时响应于所述输出信号。
可选地，第一电压域电路包括评估电路，评估电路利用所述复制信号来确定所述第二电压域电路在提供所述控制端驱动信号时是否操作恰当。
可选地，第一电压域电路包括接收用于控制产生所述控制端驱动信号的脉冲信号的输入，其中所述评估电路将所述脉冲信号与所述复制信号进行比较。
可选地，评估电路包括用于提供时间延迟的指示的电路，所述电路用于将所述复制信号与所述脉冲信号进行比较。
可选地，在操作期间，所述控制端驱动信号表征为脉冲宽度调制信号。
可选地，复制信号响应于所述控制端驱动信号的状态改变而改变状态。
可选地，第二电压域电路另外包括多路复用器电路，所述多路复用器电路包括多个输入，所述多个输入包括接收所述复制信号的第一输入，所述多个输入包括接收指示断言中断信号进入所述第一电压电路域的信号的第二输入，所述多路复用器电路包括从所述多个输入中的选定输入向所述电隔离屏障信号路径提供信号的输出。
可选地，第一电压域电路、第二电压域电路以及电隔离屏障信号路径以单个集成电路封装来实施。
可选地，电隔离屏障信号路径还被配置成将中断的指示从所述第二电压域电路提供到所述第一电压域电路。
根据本发明的第二方面，提供一种操作电源开关的方法，该方法包括：一电压域电路向电源开关的控制端提供驱动信号以控制所述电源开关的导电；由所述第一电压域电路利用所述驱动信号来产生所述驱动信号的复制信号；由所述第一电压域电路通过在所述第一电压域电路与所述第二电压域电路之间的电隔离屏障信号路径向第二电压域电路提供所述复制信号。
可选地，驱动信号表征为具有第一频率的脉冲宽度调制信号。
可选地，复制信号表征为在所述第一频率处的脉冲信号。
可选地，第二电压域电路利用所述复制信号来评估所述第一电压域电路在提供所述驱动信号时的性能。
可选地，第二电压域电路将所述复制信号与用来产生所述驱动信号的第一信号进行比较，以评估所述第一电压域电路在提供所述驱动信号时的性能。
可选地，第二电压域电路通过在所述第一电压域电路与所述第二电压域电路之间的第二电隔离屏障信号路径向所述第一电压域电路提供所述第一信号。
可选地，第一电压域电路包括具有用于产生所述复制信号的输出的复制电路，其中所述第一电压域电路包括具有用于产生中断信号的输出的第一电路，所述方法另外包括：至少从所述复制电路的所述输出和所述第一电路的所述输出选择信号，从而在所述电隔离屏障信号路径上提供所述信号。
可选地，电源开关是IGBT。
可选地，电源开关用来控制提供到马达绕组的电压。
根据本发明的第三方面，提供一种控制系统，控制系统包括：第一管芯，所述第一管芯包括评估电路；第二管芯，所述第二管芯包括：驱动器电路，所述驱动器电路包括用于从脉冲宽度调制信号产生控制端驱动信号以使电源开关导电的电路；复制电路，所述复制电路具有提供所述控制端驱动信号的复制信号的输出；在所述第一管芯与所述第二管芯之间的第一电隔离屏障信号路径，所述第一管芯为可操作的以通过所述第一电隔离屏障信号路径向所述第二管芯提供所述脉冲宽度调制信号；在所述第一管芯与所述第二管芯之间的第二电隔离屏障信号路径，其中所述复制信号由所述第二管芯通过所述第二电隔离屏障信号路径提供到所述第一管芯；其中所述评估电路将所述脉冲宽度调制信号与所述复制信号进行比较以确定所述第二管芯在产生所述控制端驱动信号时是否操作恰当。
附图说明
通过参看附图，可以更好地理解本文，并且使得本领域的技术人员清楚本发明的许多目标、特征和优点。
图1为根据本发明的一个实施例的利用IGBT的系统的部分的电路图。
图2为根据本发明的一个实施例的驱动器模块的电路图。
图3为根据本发明的一个实施例的图1的系统的部分的电路图。
图4为根据本发明的一个实施例的图1的系统的部分的电路图。
图5为根据本发明的一个实施例的时序图。
图6为根据本发明的一个实施例的图1的系统的部分的电路图。
图7为根据本发明的一个实施例的图1的系统的部分的电路图。
除非另外指出，否则在不同的图式中使用相同的参考符号指示完全相同的物件。图式不一定按比例绘制。
具体实施方式
下文阐述用于执行本发明的模式的详细描述。描述意图说明本发明且不应被视为限制。
在一些实施例中，系统控制电路包括低电压域电路，所述低电压域电路产生脉冲信号以通过系统控制电路的高电压域电路来控制控制端驱动信号的产生。高电压域电路中的复制电路复制提供到控制端的驱动信号。随后跨过电隔离屏障将复制信号提供到低电压域电路。随后，低电压域电路利用复制信号来确定高电压域驱动器电路是否操作恰当。如果低电压域电路在预定时间段内未接收到复制信号，那么低电压域电路将中止向高电压域电路驱动脉冲信号。在一个实施例中，复制电路接收控制端驱动信号并利用比较器电路来产生复制信号。在一个实施例中，高电压域电路跨过用来传信产生中断的电隔离屏障信号线来提供复制信号。当传信中断时，信号线以远高于复制信号的频率的频率提供脉冲信号。
图1为多相电马达的控制系统的部分的电路图。系统101是变速马达控制器，所述变速马达控制器通过控制占空比或提供到IGBT(121、123)的栅极的脉冲的“导通时间”来控制马达的操作(未示出)，所述IGBT(121、123)的栅极连接到马达的相绕组(例如“A相”端)。在一个实施例中，控制IGBT的“导通时间”来粗略地估算提供到马达绕组的正弦信号。在所示实施例中，微控制器103以一定频率和占空比向驱动器模块105提供脉冲宽度调制信号PWM1，并向驱动器模块107提供脉冲宽度调制信号PWM2，从而接通和断开IGBT 121和IGBT123。IGBT 121和IGBT 123的栅极分别由驱动器模块105和驱动器模块107控制。
每个驱动器模块105和驱动器模块107被实施为包括低电压管芯(109、113)和高电压管芯(111、115)的集成电路封装。低电压管芯(109、113)包括在VCCL电压域(例如，+3.3VDC)中操作的电路，在所示实施例中，所述VCCL电压域与微控制器103的电压域相同。高电压管芯(111、115)包括在高电压域(例如，15VDC)中操作的电路。在所示实施例中，高电压管芯111和115各自分别从电压调节器120及电压调节器122供应，电压调节器120和电压调节器122从低电压域(VCCL)的电力供应器供应。在所示实施例中，调节器120的低电压输出端连接到A相绕组端(A相)，以使得提供到管芯111的供应电压在高于A相绕组端的电压的特定电压(例如，15伏特)处。高电压管芯在高于A相绕组的电压下操作，以使提供到IGBT 121的栅极的电压将始终高于A相绕组端的电压。然而，在其它实施例中，管芯111可由电池供应电压(HVBatt)供应。调节器122的低电压输出端连接到地面，使得以15伏特供应管芯115。在一个实施例中，与调节器122和管芯115连接的地面与微控制器103和管芯113所连接的地面隔离。在一个实施例中，HVBatt处于400VDC。
模块105和模块107各自包括具有电隔离屏障的信号线，所述信号线用于在低电压管芯与高电压管芯之间交换信号。在一个实施例中，低电压管芯和高电压管芯放置在集成电路封装内部，以实现电隔离屏障信号路径的操作。在一些实施例中，管芯在集成电路封装中堆叠在彼此之上。在其它实施例中，管芯在集成电路封装中并排定位。在又其它实施例中，管芯可彼此偏移定位。在又其它实施例中，管芯可定位在不同的集成电路封装中。
微控制器103包括当低电压管芯(109、113)分别想要产生中断时断言为低的中断端(Int1*和Int2*)。在一些实施例中，来自模块的中断信号可连接到微控制器103的一个中断引脚。在所示实施例中，可在微控制器103与驱动器模块105和驱动器模块107的低电压管芯109和113之间交换其它信号，例如时钟信号和I/O信号。
在所示实施例中，当导电时，IGBT 121向A相马达绕组提供来自电池源(未示出)的电流。当导电时，IGBT 123从相A马达绕组将电流储集到电池地面。在一个实施例中，IGBT121和IGBT 123不同时导电。在一些实施例中，PWM1和PWM2的脉冲在相反的时间处于高状态。在一些实施例中，在两个IGBT的导通时间之间可存在失效时间，从而避免使高电压电池端连接到地面。
系统101包括电阻器131、133、135和137，这些电阻器连接到IGBT 121和IGBT 123中的一个IGBT的栅极，从而降低从高电压到低电压的栅极驱动器电压的转变速率，且反之亦然。此转变速率的降低会减少与相对较快切换信号相关联的噪音。系统101包括其它电路117和电路119，电路117和电路119分别耦合到IGBT 121和IGBT 123的端，且分别耦合到模块105和模块107的端。在一个实施例中，电路包括用于在端处提供已调节电压的电阻器、电容器以及二极管。在一些实施例中，其它电路117和电路119可用于通过感测IGBT感测管脚(如果IGBT包括感测管脚)的发射极，或者通过感测IGBT的集电极电压来检测短路。
增加提供到IGBT 121的脉冲的“导通”时间会提高A相绕组端的电压，所述A相绕组端的电压在A相绕组端的最大正弦电压处具有最大量的导通时间。在最大量的导通时间为A相绕组端处的正弦电压的最低值的情况下，提供到IGBT 123的栅极电压的导通时间增加，以降低A相绕组端的电压。
在一些实施例中，在正弦周期的波峰和波谷部分期间，向IGBT 121和IGBT 123两者提供脉冲。然而，在其它实施例中，仅在正弦周期的高部分期间向IGBT 121供应脉冲，并且仅在正弦周期的低部分期间向IGBT 123供应脉冲。在一些实施例中，可在一些模式期间使得IGBT持续地导通。
采用IGBT 121和IGBT 123以及模块105和模块107，以从由HVBatt电压下的电池组(未示出)提供的电力向马达的A相绕组提供已调节电压。系统101包括用于控制供应到马达的另外两个相绕组的电压的两个其它IGBT组(类似于IGBT 121和IGBT 123)和模块对(类似于模块105和模块107)(均未示出)。也从微控制器103向这些其它模块的低电压管芯供应PWM信号。在一些实施例中，系统101包括耦合到驱动器模块的后备微控制器，以防微控制器103出现故障。
在一个实施例中，以Y配置来连接马达的三个相(未示出)。提供到另外两组的相应的PWM信号与PWM1和PWM2异相相差120度。在一个实施例中，提供到三个绕组的所得电压模拟(存在一定程度的误差)所期望频率下的彼此异相相差120度的3个正弦电压。
在其它实施例中，马达控制器可以其它方式运作或包括其它电路。此外，在其它实施例中，系统101可用于其它应用中，诸如用于控制不同相马达或用于在开关电力供应器中调节电压。在一些实施例中，系统101可用于调节供应到牵引马达以驱动车辆的电压。在其它实施例中，系统101可用于增强诸如具有开关电力供应器的电池组的电压。还可以在反相器中使用系统101，以将电源从DC转换到AC。在其它实施例中，可以使用其它类型的电源开关(例如功率MOSFET)来代替IGBT。
图2为根据本发明的一个实施例的驱动器模块105的电路图。如先前所陈述，在一个实施例中，模块105包括集成在同一集成电路封装中的高电压管芯111和低电压管芯109。
低电压管芯109包括功率管理模块和诊断电路201，所述诊断电路201接收低供应电压VCCL并向低电压管芯109的电路提供已调节供应和参考电压，并且包括对外部所接收供应电压执行诊断的电路。
低电压管芯109还包括逻辑块203。逻辑块203包括I/O缓冲器205，I/O缓冲器205用于接收并提供管芯109外部的信号(例如，PWM1信号、CLK信号、I/O信号以及中断信号)，所述信号包括与微控制器103交换的信号。逻辑203包括用于执行诸如通信、诊断(包括内建自测)以及数据操纵等多种功能的电路。然而，在其它实施例中，逻辑203可包括用于执行其它功能的电路。
高电压管芯111包括功率管理模块和诊断电路231，所述诊断电路231接收来自调节器120的供应电压(VCCH1)并向高电压管芯111的电路提供已调节供应和参考电压，并且包括对外部所接收供应电压执行诊断的电路。高电压管芯111还包括逻辑块229，逻辑块229包括用于接收数据并向低电压管芯109提供数据的电路。逻辑块229还包括监视电路、测试电路以及校准电路。在其它实施例中，逻辑块229可包括用于执行其它功能的电路。
如图2所示，电源模块105包括四个电隔离屏障信号路径，以允许管芯之间的数据交换但防止管芯之间的电流流动。一个信号路径包括用于将PWM1信号从管芯109传输到管芯111的传输电路213、变压器214以及接收器电路221。另一个信号路径包括用于将数据从管芯109传输到管芯111的传输电路215、变压器216以及接收电路223。再一个信号路径包括用于将数据从管芯111提供到管芯109的传输电路225、变压器218以及接收电路217。如稍后将讨论，包括传输电路227、变压器220以及接收电路219的信号路径将复制/中断信号从管芯111传输到管芯109。虽然电隔离屏障信号路径与变压器一起实施，但在其它实施例中，电隔离屏障信号路径可与诸如光学隔离器、电容器、霍耳效应传感器(Hall Effect sensor)以及磁性耦合器等其它类型的装置一起实施。
管芯109包括用于从微控制器103(通过I/O缓冲器205)接收PWM1信号的电路。管芯109通过传输电路213、变压器214以及接收器电路221的电隔离屏障信号路径向高电压管芯111提供PWM1信号。逻辑块229的驱动器逻辑230接收PWM1信号，并使用PWM1信号来产生三个驱动信号(GHS、GLS以及GSS)作为响应。这三个信号被提供到改变信号的电压(例如，从1.5伏特到5伏特)的电平移位器233。随后，所述三个信号被提供到栅极驱动器电路235(见图3)。栅极驱动器电路产生提供到电阻器131的驱动信号GH、提供到电阻器133的驱动信号GL以及直接提供到IGBT 121的控制端的驱动信号GS。这三个信号在节点341处组合以形成用于控制IGBT 121的导电的栅极驱动信号(GDS1)。
栅极驱动信号GDS1被提供到GDS复制电路237(见图3)。电路237包括被设置成提供指示(信号VRH和VRL)GDS1信号何时满足某些电压阈值的电压比较器。VRH信号和VRL信号被提供到逻辑块229的复制逻辑电路239(见图4)，复制逻辑电路239使用所述VRH信号和VRL信号来产生复制信号(RS)。所述复制信号提供栅极驱动信号的状态改变的指示。在一个实施例中，所述复制信号是与GDS1频率相同且与GDS1同步或几乎同步的信号。然而，在其它实施例中，所述复制信号的频率可为GDS1信号频率的整倍数或分数倍及/或相较GDS1信号可具有不同占空比。
复制信号(RS)被提供到多路复用器电路241(见图4)。多路复用器电路241用于通过同一电隔离屏障信号路径(电路227、变压器220以及电路219)向低电压管芯109提供复制信号，所述复制信号充当从中断电路243产生的中断信号。使用同一信号路径来提供中断信号和复制信号两者使得系统需要更少的相对“昂贵”的电隔离屏障信号路径。
低电压管芯109的逻辑块203包括甄别器电路209(见图6)，甄别器电路209用于确定由多路复用器电路241发送的所接收信号(在信号线RS/INT上)是中断信号还是复制信号。如果已发送复制信号，那么评估电路207(见图7)将从微控制器103接收的PWM1信号与复制信号进行比较以确定将栅极驱动信号提供到IGBT 121的电路是否操作恰当。如果操作不当，那么电路207向中断电路211产生RS故障信号，阻断电路211向微控制器103产生指示栅极驱动电路存在问题的中断。再者，当甄别器电路209确定阻断由多路复用器电路241通过电路219、变压器220以及电路227的电隔离屏障信号路径发送时，中断电路211会接收指示(HVFault)。中断电路211也向微控制器103产生响应于HVFault信号的中断，或由逻辑203检测的其它中断条件。响应于RS故障信号的产生，逻辑203停止向管芯111提供PWM1信号以中止GDS1信号的产生。
虽然图2示出根据本发明的一个实施例的电源驱动器模块的一个配置，但在其它实施例中，其它实施例可具有其它配置或包括其它电路。
图3为示出用于产生提供到IGBT 121的栅极的栅极驱动信号(GDS 1)的高电压管芯111的电路以及用于产生来自栅极驱动信号的复制信号(RS)的电路的一个实施例的电路图。所先前所陈述，逻辑230产生来自PWM1信号的三个信号(GHS、GLS以及GSS)，这些信号被电平移位并被分别提供到栅驱动器电路235的栅驱动器301、303以及305的控制端。在所示实施例中，栅极驱动器301与漏极通过管芯模块端GH 321连接到电阻器131的PMOS晶体管一起实施。栅极驱动器晶体管的源极连接到正电压(例如，VCCH1)。栅极驱动器303及305各自被实施为其源极连接到负电压电源((Vneg)，例如-8V)的NMOS晶体管，所述负电压电源低于发射极电压以便更加有力地断开IGBT 121。栅极驱动器303的晶体管的漏极通过模块端GL323连接到电阻器133，且栅极驱动器305的晶体管的漏极通过模块端325和节点341连接到IGBT 121的栅极。电阻器131和133的另一侧连接到节点341。信号GSS将GS端325驱动为Vneg，从而在需要时有力地保持IGBT 121断开。在节点341处的驱动器301、303以及305的输出的组合会向IGBT 121的栅极提供栅极驱动信号(GDS1)以控制IGBT 121的导电。
在节点341处，GS端325也用作电压感测端。GDS复制电路237通过其与端325的连接来接收GDS1信号。电路237包括在其非反相输入处接收GDS1信号的比较器307。比较器307的反相输入连接到提供从VCCH1下降两伏特的电压源311。当GDS1信号在两伏特VCCH内时，比较器307产生高电压输出。电路237包括反相输入连接到两伏特电压源313的比较器309，电压源313提供高于负电压端(Vneg)两伏特的参考电压。比较器309的非反相输入通过端325接收GDS1信号。当GDS1信号比Vneg高两伏特时，比较器309在其输出处提供较高的信号VRL。向复制逻辑电路239提供VRL和VRH信号。
图4示出复制逻辑电路239、HV中断电路243以及多路复用器电路241的电路图。逻辑电路239包括接收VRL信号和VRH信号两者的逻辑电路401。如果VRL处于高电压并且其检测VRH的上升沿，那么逻辑电路401在其输出处提供高电压值。在检测到VRL的下降沿时，逻辑电路401提供低电压输出。逻辑电路239包括D触发器403，以使逻辑电路401的输出与系统时钟(clk)沿同步，从而提供复制信号RS。在一个实施例中，系统时钟的频率明显快于栅极驱动信号的频率(例如超过10倍)。在一个实施例中，栅极驱动信号GDS1的频率介于5KHz到40KHz之间(例如，10KHz到15KHz)，且系统时钟(clk)的频率为50MHz；但在其它实施例中，这些值可不同。
多路复用器电路241包括接收RS信号的输入和从时钟407接收4MHZ时钟信号的第二输入。4MHz时钟的频率明显高于栅极驱动信号的频率(例如，5KHz到40KHz)。HV中断电路243提供指示以产生多路复用器405的控制输入的中断。可响应于多个条件产生HV中断，所述条件诸如过电压、欠电压、IGBT短路或电流过载、IGBT过温、VCC或其它供应超出范围以及过热IC温度。当不需断言中断时，或门电路418的输出较低，这使得多路复用器405在其输出处提供RS信号。当由于接收到指示中断的信号，电路243想要断言中断时，将或门电路418的输出驱动为较高，这使得多路复用器405在其输出处提供4MHz时钟信号，指示中断。
图5示出根据本发明的一个实施例的时序图。图5示出，GDS1信号在其从高电压状态上升到下降期间，使得IGBT 121在GDS1信号循环期间变得导电。循环始于PWM1信号变高。作为响应，逻辑230使得GLS和GSS为低值，这会分别断开栅极驱动器303和305，使GL端和GS端从Vneg去耦。在预定量的“失效时间”之后，逻辑230使GHS信号变低，这使得驱动器301将端GH耦合到高电压源VCCH1。此失效时间确保节点341并不同时耦合到Vneg和高电压源两者。在一个实施例中，失效时间是20ns，但在其它实施例中，失效时间可以是其它值。通过栅极驱动器301将节点341耦合到VCCH1会使节点341的电压变高，这使IGBT 121导电。
PWM1信号随后变低，使得逻辑230断开栅极驱动器301，以使节点341从VCCH1去耦。在预定量的失效时间之后，逻辑230使GLS变高以接通GL驱动器303以使节点341变为Vneg，这会断开IGBT 121。然后，逻辑230断言GSS的高电压，所述高电压也将节点341耦合到Vneg。
由于节点341的电压(GDS1)从Vneg上升2伏特，因此VRL变高。当节点341的电压在两伏特VCCH1内上升时，VRH信号会转变为高电压。一旦出现VRH的上升沿(且时钟(clk)的下一个循环进入D触发器403的时钟输入)时，复制信号(RS)会转变为高电压值值。当GDS1信号的电压在2伏特Vneg内下降时，VRL信号转变为低电压，在这种情况下，复制信号会在clk信号的下一个改变进入D触发器403时将状态变为低值。在此实施例中，虽然PWM1信号和RS信号的占空比视电阻器131和电阻器133的相对大小而有差异，但复制信号的频率与PWM信号的频率相同。在一个实施例中，管芯111可包括在将VRL和VRH信号的电压提供到逻辑电路239之前将它们降低的电平移位电路。在其它实施例中，可以通过其它电路或其它技术来产生GDS1信号和RS信号。例如，在一个实施例中，可以通过使用GDS1信号作为分压器的输入的分压器来产生RS信号。
使用两个比较器会提供具有滞后功能的复制电路，以使瞬时电压干扰不会不当地改变复制信号的状态。
图6示出甄别器电路209的一个实施例的电路图，甄别器电路209用于确定复制信号或HV中断是否正由多路复用器电路241通过传输电路227、变压器220以及接收器电路219的电隔离屏障信号路径被提供在RS/INT信号线上。
电路209包括5位饱和递增/递减计数器501。所述计数器的默认复位设置为十五(01111)。计数器501包括连接到RS/中断(RS/INT)信号线的递增输入和连接到反相器503的输出的递减输入。反相器503的输入连接到RS/INT信号线。当RS/INT信号线处于高电压时，计数器501递增其计数，且当RS/INT信号线处于低电压时，计数器501递减其计数。电路209包括沿检测器电路507。当在RS/阻断信号线上检测到沿时，计数器501复位。
电路209包括被配置成接收计数器501的五位输出的逻辑块509、511、521以及525。当在RS/INT信号线上存在下降沿时且当计数小于26时，逻辑块509断言高值。这个条件指示RS/INT信号线短时间内高，此将指示由于多路复用器电路241提供了相对较快的4MHz中断信号，因此RS/INT信号线正传送中断。当在RS/INT信号线上存在上升沿时且当计数大于4时，逻辑块511断言高值。这个条件表示RS/INT信号线先前短时间内处于低值，此将指示由于多路复用器电路241提供了相对较快的4MHz阻断信号，因此RS/INT信号线正传送中断。向或门电路515提供来自逻辑块509和逻辑块511两者的输出。如果任何一个信号高，那么或门电路515的输出变高，这导致SR触发器530在其输出处产生指示在RS/INT线上发送中断的高值。
当计数器501的计数大于或等于26时，逻辑块521断言高值。这指示RS/INT信号线的频率相对低于4MHz时钟频率，此将指示RS/INT信号线正传送复制信号。当计数小于或等于4时，逻辑块525断言高值。这指示RS/INT信号线上的信号的频率相对低于4MHz时钟频率，此将指示RS/INT信号线正传送复制信号。向或门电路517提供来自逻辑块521和逻辑块525两者的信号。如果这些信号中的任何一个较高，那么或门电路517的输出变高，这导致触发器530复位并在其输出处产生指示在RS/INT信号线上正发送复制信号的低值。
图7为评估电路207的一个实施例的电路图。评估电路207将复制信号(RS)与从微控制器103提供的PWM1信号进行比较以确定模块105的栅极驱动器电路是否恰当地运作。如果其未恰当地运作，那么评估电路207断言指示在提供栅极驱动信号时存在问题的RS故障信号。
电路207包括7位限变器电路705，7位限变器电路705在其输出处提供由预定时间段(“延迟时间”)延迟的PWM1信号的延迟型式。在所示实施例中，限变器电路705的延迟时间可由从多路复用器电路707提供到电路705的7位数目来可编程地设置。在所示实施例中，可向限变器电路705提供对应于介于200ns至2400ns的延迟时间的16个不同延迟设置中的任意一个。在所示实施例中，由从微控制器103提供的4位选择值来选择提供到电路705的特定设置，其选择连接到多路复用器电路707的输入的16个延迟设置中的一个。在其它实施例中，提供到限变器电路705的延迟设置可以是硬线的或由保险丝设置。限变器电路705还滤出可出现在PWM信号中的瞬时尖峰或瞬态。
电路207包括其输出连接到或门电路706的输入的两个与门电路701和704。或门电路706的输出(通过提供高电压值)提供指示，指示RS信号和PWM1信号失配的时间段是否长于限变器电路705的已编程延迟时间，由此指示在向IGBT 121提供将栅极驱动信号时模块105存在问题。
与门电路701在其输入处接收PWM1信号、限变器电路705的输出(延迟PWM1信号)以及来自反相器715的反相RS信号。在限变器电路705的已编程延迟时间之后，与门电路701检测RS信号的电压状态不匹配PWM1信号的高电压状态时的故障条件。如果在转变为高值来匹配PWM1信号的高值时，RS信号低于限变器电路705的输出(如指示为PWM1高、电路705的输出高以及RS信号低)，那么与门电路701的输出变高，这使得或门电路706的输出变高(指示出现故障)。如果在电路705的输出转变为高值之前，RS信号转变为高值来匹配PWM1信号的高值(如指示为PWM1信号高、RS信号高以及电路705的输出低)，那么由于在电路705的输出变高之前反相器715的输出变低，与门电路701的输出将变低(指示无故障)。
与门电路704在其输入处接收反相PWM1信号(来自反相器717)、限变器电路705的反相输出(来自反相器713)以及RS信号。在限变器电路705的已编程延迟时间之后，与门电路704检测RS信号的电压状态不匹配PWM1信号的低电压状态时的故障条件。如果在转变为低值来匹配PWM1信号的低值时，RS信号低于限变器电路705的输出(如指示为PWM1低、电路705的输出低以及RS信号高)，那么与门电路704的输出变高，这使得或门电路703的输出变高(指示出现故障)。如果在电路705的输出转变为低值之前，RS信号转变为低值来匹配PWM1信号的低值(如指示为PWM1信号低、RS信号低以及电路705的输出高)，那么由于在电路705的输出变低之前RS信号变低，与门电路701的输出将变低(指示无故障)。
参看图5，其示出当在提供栅极驱动信号时恰当地操作模块时，“可编程延迟时间”与RS信号的转变的关系。如图5所示，RS信号在来自PWM1信号的状态改变的可编程延迟时间到期之前改变状态，这指示恰当的操作。
返回参看图7，评估电路207从甄别器电路209接收HV故障信号。如果电路209指示在RS/INT信号线上发送中断信号，那么或门电路706的输出会被从反相器702接收反相HV故障信号的与门电路703禁用。如果在RS/INT信号线上提供RS信号，那么向D触发器711提供或门电路706的输出，所述输出与系统时钟(clk)同步，从而提供指示在提供栅极驱动信号时存在系统故障的RS故障信号。响应于RS故障信号，中断电路211向微控制器103产生中断，且停止向高电压管芯111提供PWM1信号。
在其它实施例中，评估电路可具有其它配置和/或包括其它电路。例如，在一些实施例中，评估电路可包括用于将PWM1与RS信号进行比较的XOR电路。
尽管在所示实施例中，模块105通过将复制信号与PWM1信号作比较来比较所述复制信号以确定是否正恰当地操作系统，但在其它实施例中，所述复制信号可用于其它目的。例如，复制信号可用来监视栅极驱动信号的实际占空比，通过检测一个沿是否切换太快或太慢，所述栅极驱动信号可用来提供栅极驱动信号完整性的指示。复制信号还可以用来使控制同一相的绕组电压的一个IGBT(121)的导通时间与另一个IGBT(123)的导通时间之间的失效时间降至最低。此信息可用来安全地增加最小/最大占空比和改善马达控制的“交越”失真。此外，在其它实施例中，电源模块可包括提供复制信号的其它电路(例如分压器)，或可使用其它技术由复制信号来确定栅极控制系统的恰当操作。虽然图3到图7示出驱动器模块105的一个实施例的电路和时序图，但系统的其它驱动器模块(例如驱动器模块107)可包括类似电路且可以类似方式来操作。
使用复制信号来确定是否正恰当地产生栅极驱动信号可有利地提供一种系统，所述系统能够更加快速地确定所述系统是否相对于依赖于标志设置的系统已失效，从而提供系统失效的指示。此外，相对于需要测试模式来确定恰当操作的系统，使用复制信号来确定是否正恰当地产生栅极驱动信号可考虑到电路操作期间的即时测试。
在一个实施例中，一种控制系统包括第一电压域电路。所述第一电压域电路包括用于在第一电压域中操作的电路。所述控制系统包括第二电压域电路。所述第二电压域电路包括用于在第二电压域中操作的电路。所述第二电压域电路包括驱动器电路。所述驱动器电路提供使电源开关导电的控制端驱动信号。所述第二电压域电路包括复制电路，所述复制电路具有提供所述控制端驱动信号的复制信号的输出。所述控制系统包括在所述第一电压域电路与所述第二电压域电路之间的电隔离屏障信号路径。所述复制信号由所述第二电压域电路通过所述电隔离屏障信号路径提供到所述第一电压域电路。
在另一实施例中，一种电源开关的操作方法包括通过第一电压域电路向电源开关的控制端提供驱动信号，从而控制电源开关的导电。所述方法由第一电压域电路使用驱动信号来产生驱动信号的复制信号。所述方法另外包括由第一电压域电路通过第一电压域电路与第二电压域电路之间的电隔离屏障信号路径向第二电压域电路提供复制信号。
在一个实施例中，控制系统包括第一管芯和第二管芯。第一管芯包括评估电路。第二管芯包括驱动器电路和复制电路。驱动器电路包括用于从脉冲宽度调制信号来产生控制端驱动信号以使电源开关导电的电路。复制电路具有提供控制端驱动信号的复制信号的输出。控制系统包括在第一管芯与第二管芯之间的第一电隔离屏障信号路径。第一管芯为可操作的以通过第一电隔离屏障信号路径向第二管芯提供脉冲宽度调制信号。控制系统包括在第一管芯与第二管芯之间的第二电隔离屏障信号路径。由第二管芯通过第二电隔离屏障信号路径将复制信号提供到第一管芯。评估电路将脉冲宽度调制信号与复制信号进行比较。
虽然已经示出和描述本发明的具体实施例，但本领域的技术人员将认识到，基于本文中的教示，可在不脱离本发明及其更广泛方面的情况下做出进一步改变和修改，且因此，所附权利要求书意图涵盖在其范围内，所有此类改变和修改在本发明的真实精神和范围内。

Claims (10)

1.一种控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
第一电压域电路，所述第一电压域电路包括用于在第一电压域中操作的电路；
第二电压域电路，所述第二电压域电路包括用于在第二电压域中操作的电路，所述第二电压域电路包括：
驱动器电路，所述驱动器电路用于提供使电源开关导电的控制端驱动信号；
复制电路，所述复制电路具有提供所述控制端驱动信号的复制信号的输出；
在所述第一电压域电路与所述第二电压域电路之间的电隔离屏障信号路径，其中所述复制信号由所述第二电压域电路通过所述电隔离屏障信号路径提供到所述第一电压域电路；
其中所述复制电路还包括：
第一比较器，配置为比较所述控制端驱动信号和上电压阈值，并且当所述控制端驱动信号超过上电压阈值时产生第一指示信号(VRH)；
第二比较器，配置为比较所述控制端驱动信号和下电压阈值，并且当所述控制端驱动信号超过下电压阈值时产生第二指示信号；
复制逻辑电路，配置为当第二指示信号位于高电压并且第一指示信号出现上升沿时设置复制信号，并且当第二指示信号出现下降沿时重置所述复制信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述第一电压域电路包括被配置成提供输出信号的第一信号输出；
第二电隔离屏障信号路径，所述第二电隔离屏障信号路径用于向所述第二电压域电路提供所述输出信号；
所述驱动器电路在提供所述控制端驱动信号时响应于所述输出信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一电压域电路包括评估电路，所述评估电路利用所述复制信号来确定所述第二电压域电路在提供所述控制端驱动信号时是否操作恰当。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一电压域电路包括接收用于控制产生所述控制端驱动信号的脉冲信号的输入，其中所述评估电路将所述脉冲信号与所述复制信号进行比较。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述评估电路包括用于提供时间延迟的指示的电路，所述电路用于将所述复制信号与所述脉冲信号进行比较。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在操作期间，所述控制端驱动信号表征为脉冲宽度调制信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述复制信号响应于所述控制端驱动信号的状态改变而改变状态。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二电压域电路另外包括多路复用器电路，所述多路复用器电路包括多个输入，所述多个输入包括接收所述复制信号的第一输入，所述多个输入包括接收指示断言中断信号进入所述第一电压电路域的信号的第二输入，所述多路复用器电路包括从所述多个输入中的选定输入向所述电隔离屏障信号路径提供信号的输出。
9.一种操作电源开关的方法，其特征在于，所述方法包括：
由第一电压域电路向电源开关的控制端提供驱动信号以控制所述电源开关的导电；
由所述第一电压域电路利用所述驱动信号来产生所述驱动信号的复制信号；
由第二电压域电路提供用于在第二电压域中操作的电路；
由所述第一电压域电路通过在所述第一电压域电路与所述第二电压域电路之间的电隔离屏障信号路径向第二电压域电路提供所述复制信号；
其特征在于：
比较所述控制端驱动信号和上电压阈值，并且当所述控制端驱动信号超过上电压阈值时产生第一指示信号(VRH)；
比较所述控制端驱动信号和下电压阈值，并且当所述控制端驱动信号超过下电压阈值时产生第二指示信号；
当第二指示信号位于高电压并且第一指示信号出现上升沿时设置复制信号，并且当第二指示信号出现下降沿时重置所述复制信号。
10.一种控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
第一管芯，所述第一管芯包括评估电路；
第二管芯，所述第二管芯包括：
驱动器电路，所述驱动器电路包括用于从脉冲宽度调制信号产生控制端驱动信号以使电源开关导电的电路；
复制电路，所述复制电路具有提供所述控制端驱动信号的复制信号的输出；
在所述第一管芯与所述第二管芯之间的第一电隔离屏障信号路径，所述第一管芯为可操作的以通过所述第一电隔离屏障信号路径向所述第二管芯提供所述脉冲宽度调制信号；
在所述第一管芯与所述第二管芯之间的第二电隔离屏障信号路径，其中所述复制信号由所述第二管芯通过所述第二电隔离屏障信号路径提供到所述第一管芯；
其中所述评估电路将所述脉冲宽度调制信号与所述复制信号进行比较以确定所述第二管芯在产生所述控制端驱动信号时是否操作恰当；
其中所述复制电路还包括：
第一比较器，配置为比较所述控制端驱动信号和上电压阈值，并且当所述控制端驱动信号超过上电压阈值时产生第一指示信号(VRH)；
第二比较器，配置为比较所述控制端驱动信号和下电压阈值，并且当所述控制端驱动信号超过下电压阈值时产生第二指示信号；
复制逻辑电路，配置为当第二指示信号位于高电压并且第一指示信号出现上升沿时设置复制信号，并且当第二指示信号出现下降沿时重置所述复制信号。
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