CN110401432B - 控制电路以及功率模块 - Google Patents

Abstract

实施方式提供能够判别异常的内容的控制电路以及功率模块。实施方式的控制电路是对功率半导体元件进行控制的控制电路。上述控制电路输出表示上述功率半导体元件的状态为正常状态、预报状态、异常温度状态以及异常电流状态中的哪个状态的信号。上述正常状态是上述功率半导体元件的温度小于第1温度值、并且上述功率半导体元件中流过的电流小于第1电流值的状态。上述预报状态是上述温度为上述第1温度值以上且小于比上述第1温度值高的第2温度值、或者上述电流为上述第1电流值以上且小于比上述第1电流值高的第2电流值的状态。上述异常温度状态是上述温度为上述第2温度值以上的状态。上述异常电流状态是上述电流为上述第2电流值以上的状态。

Description

控制电路以及功率模块

相关申请的交叉引用

本申请享受以日本专利申请2018－82780号(申请日：2018年4月24日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请，包含基础申请的全部内容。

技术领域

实施方式涉及控制电路以及功率模块。

背景技术

近年来，为了驱动马达等需要比较大的功率的负载，多数情况下使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等功率半导体元件。在控制这样的功率半导体元件的控制电路中，多数情况下设有在功率半导体元件发生了某种异常时使功率半导体元件停止的单元。但是，有根据异常的内容，其后的应对方法不同的情况。

发明内容

实施方式提供能够判别异常的内容的控制电路以及功率模块。

实施方式的控制电路是对功率半导体元件进行控制的控制电路。上述控制电路输出表示上述功率半导体元件的状态为正常状态、预报状态、异常温度状态、或异常电流状态之中的哪个状态的信号。

上述正常状态是上述功率半导体元件的温度小于第1温度值、并且上述功率半导体元件中流过的电流小于第1电流值的状态。

上述预报状态是上述温度为上述第1温度值以上且小于比上述第1温度值高的第2温度值、或者上述电流为上述第1电流值以上且小于比上述第1电流值高的第2电流值的状态。

上述异常温度状态是上述温度为上述第2温度值以上的状态。

上述异常电流状态是上述电流为上述第2电流值以上的状态。

实施方式的功率模块具备上述控制电路和上述功率半导体元件。

附图说明

图1是表示第1实施方式的功率模块的框图。

图2是表示第1实施方式中的功率半导体元件的状态的图。

图3是表示第1实施方式的功率模块的过热时的动作的时序图。

图4是表示第1实施方式的功率模块的过电流时的动作的时序图。

图5是表示第1实施方式中的状态判别电路以及使能控制电路的动作的流程图。

图6是表示第1实施方式的变形例的功率模块的框图。

图7是表示第1实施方式的变形例中的功率半导体元件的状态的图。

图8是表示第2实施方式的功率模块的框图。

图9是表示第2实施方式中的功率半导体元件的状态的图。

图10是表示第2实施方式的功率模块的动作的时序图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，对第1实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的功率模块的框图。

图2是表示本实施方式中的功率半导体元件的状态的图。

如图1所示，本实施方式的功率模块1连接在作为外部控制机构的微计算机101与作为要驱动的负载的马达102之间。例如，微计算机101、功率模块1以及马达102构成一个致动器。该致动器例如是驱动汽车的刮水器的致动器。

功率模块1中，设有驱动元件部10和控制电路20。驱动元件部10以及控制电路20例如配置在一个封装内。另外，驱动元件部10以及控制电路20也可以设置在不同的封装内。驱动元件部10是对马达102供给电力的开关单元。控制电路20是对驱动元件部10进行控制的电路。

驱动元件部10中，设有功率半导体元件11以及二极管12。二极管12配置在功率半导体元件11的附近，例如配置在同一芯片内。

功率半导体元件11与马达102串联连接在电源电位与接地电位之间。功率半导体元件11例如是基于IGBT或MOSFET等的栅极电位来控制所流过的电流的大小的元件。功率半导体元件11的栅极上连接有栅极线11a。从功率半导体元件11的例如源极，分支出电流检测线11b。电流检测线11b中流过功率半导体元件11的漏极电流的一部分、例如数万分之一左右的电流。通过测定电流检测线11b中流过的电流CS，能够检测功率半导体元件11中流过的电流量。

对于二极管12的阳极，从控制电路20经由温度检测线12a供给一定电流。二极管12的阴极连接于恒定电位、例如接地电位。二极管12的阳极－阴极间的电压具有温度依赖性，因此如果二极管12的温度上升，则二极管12的阳极－阴极间电压下降。因而，通过测定温度检测线12a的电位，能够检测功率半导体元件11的温度TS。

控制电路20中，设有栅极驱动电路21、温度检测电路22、电流检测电路23、状态判别电路24以及使能控制电路25。此外，控制电路20中设有漏极开路晶体管N1以及N2。

进而，控制电路20中设有在与外部之间输入输出信号的多个端子。具体而言，设有与栅极线11a连接并输出后述的控制信号VOUT的驱动用输出端子、与电流检测线11b连接并被输入电流CS的电流测定用端子、与温度检测线12a连接并被输入表示温度TS的电位的温度测定用端子、被从微计算机101输入驱动器输入信号VIN的驱动用输入端子、输出后述的信号DIAG1的DIAG1输出端子、输出信号DIAG2的DIAG2输出端子、被从微计算机101输入使能信号EN的使能输入端子。

栅极驱动电路21基于从微计算机101输入的驱动器输入信号VIN，生成控制信号VOUT，并经由栅极线11a施加到功率半导体元件11的栅极。由此，控制功率半导体元件11的漏极电流。

温度检测电路22经由温度检测线12a使一定的电流流过二极管12，并且对温度检测线12a的电位进行测定。温度检测线12a的电位所表示的温度TS相当于功率半导体元件11的温度。换言之，温度检测线12a的电位是表示温度TS的信号。温度检测电路22将温度TS与预报温度值T1及异常温度值T2进行比较，输出预报温度信号TW以及异常温度信号TE。

异常温度值T2是判断为功率半导体元件11的状态异常的温度，如果温度TS超过异常温度值T2，则使功率半导体元件11停止。预报温度值T1不至于使功率半导体元件11停止，但为需要注意的温度。因而，异常温度值T2比预报温度值T1高。

预报温度信号TW是表示温度TS是否为预报温度值T1以上的2值信号，异常温度信号TE是表示温度TS是否为异常温度值T2以上的2值信号。在温度TS小于预报温度值T1时，温度检测电路22将预报温度信号TW的值设为“L”(低)，在温度TS为预报温度值T1以上时，温度检测电路22将预报温度信号TW的值设为“H”(高)。此外，在温度TS小于异常温度值T2时，温度检测电路22将异常温度信号TE的值设为“L”，在温度TS为异常温度值T2以上时，温度检测电路22将异常温度信号TE的值设为“H”。

但是，预报温度值T1以及异常温度值T2在温度TS从低温侧接近的情况和从高温侧接近的情况下值是不同的，从低温侧接近的情况的值比从高温侧接近的情况的值高。即，预报温度值(检测)T1_1比预报温度值(解除)T1_2高，异常温度值(检测)T2_1比异常温度值(解除)T2_2高。

对于电流检测电路23，从功率半导体元件11经由电流检测线11b输入电流CS。电流CS与功率半导体元件11的漏极电流相关，例如成比例。换言之，电流检测线11b中流过的电流CS是表示功率半导体元件11的漏极电流的信号。电流检测电路23将电流CS的大小与预报电流值C1以及异常电流值C2进行比较，输出预报电流信号CW以及异常电流信号CE。

异常电流值C2是判断为功率半导体元件11的状态异常的电流，如果电流CS超过异常电流值C2，则使功率半导体元件11停止。预报电流值C1不至于使功率半导体元件11停止，但为需要注意的电流。因而，异常电流值C2比预报电流值C1大。

预报电流信号CW是表示电流CS是否为预报电流值C1以上的信号，异常电流信号CE是表示电流CS是否为异常电流值C2以上的信号。在电流CS小于预报电流值C1时，电流检测电路23将预报电流信号CW的值设为“L”，在电流CS为预报电流值C1以上时，电流检测电路23将预报电流信号CW的值设为“H”。此外，在电流CS小于异常电流值C2时，电流检测电路23将异常电流信号CE的值设为“L”，在电流CS为异常电流值C2以上时，电流检测电路23将异常电流信号CE的值设为“H”。预报电流值C1以及异常电流值C2的值分别是1个等级(日语：1水準)。

如图1及图2所示，状态判别电路24被从温度检测电路22输入预报温度信号TW以及异常温度信号TE，被从电流检测电路23输入预报电流信号CW以及异常电流信号CE，由此判别功率半导体元件11的状态为以下的状态1～4中的哪个状态。关于判别状态的步骤，在后面叙述，但若仅概略地说明判别的结果则如以下所示。

“状态1”是温度检测线12a的电位所表示的温度TS小于预报温度值T1、并且流过电流检测线11b的电流CS小于预报电流值C1的状态。在状态1中，持续进行功率半导体元件11的驱动。以下，将状态1还称为“正常状态”。

“状态2”是温度TS为预报温度值T1以上且小于异常温度值T2的“预报温度状态”，或者是温度TS小于预报温度值T1、并且电流CS为预报电流值C1以上且小于异常电流值C2的“预报电流状态”。另外，温度TS为预报温度值T1以上且小于异常温度值T2、并且电流CS为预报电流值C1以上且小于异常电流值C2的状态包含于上述“预报温度状态”中。在状态2中也继续进行功率半导体元件11的驱动，但可以向微计算机101通知是状态2这一情况，向微计算机101提供判断材料。以下，将状态2还称为“预报状态”。

“状态3”是温度TS为异常温度值T2以上的状态。在状态3时，停止功率半导体元件11的驱动。以下，将状态3还称为“异常温度状态”。

“状态4”是电流CS为异常电流值C2以上的状态。在状态4时，也停止功率半导体元件11的驱动。以下，将状态4还称为“异常电流状态”。

另外，如后面叙述那样，在本实施方式中，在温度TS为异常温度值T2以上、并且电流CS为异常电流值C2以上的情况下，被分类为状态3。此外，在温度TS为预报温度值T1以上且小于异常温度值T2、并且电流CS为异常电流值C2以上的情况下，被分类为状态2。但是，如果功率半导体元件11中流过大电流，则温度必然上升，因此最终成为状态3，功率半导体元件11停止驱动。

状态判别电路24经由漏极开路晶体管N1及N2将判别出的状态作为信号DIAG1以及信号DIAG2来输出。信号DIAG1以及信号DIAG2分别是值取“L”或“H”的2值信号。漏极开路晶体管N1的源极连接于接地电位，栅极为输入端子并连接于状态判别电路24，漏极为输出端子。漏极经由电阻R1被上拉到电源电位。

因此，如果从状态判别电路24对漏极开路晶体管N1的栅极输出的信号为“L”，则漏极开路晶体管N1成为截止状态，漏极经由电阻R1被上拉到电源电位，信号DIAG1的值成为“H”。另一方面，如果从状态判别电路24输出的信号为“H”，则漏极开路晶体管N1成为导通状态，漏极被下拉到接地电位，信号DIAG1的值成为“L”。漏极开路晶体管N2、电阻R2以及信号DIAG2的关系也同样。

信号DIAG1是区分正常/异常的信号，在正常状态以及预报状态时将值设为“H”，在异常状态时保持(闩锁)值“L”。信号DIAG2是区分异常的内容的信号，在正常状态以及异常温度状态时将值设为“H”，在预报状态以及异常电流状态时将值设为“L”。在异常电流状态时，将信号DIAG2的值以“L”闩锁，但在异常温度状态时，不闩锁信号DIAG2的值，而实时地输出温度的检测结果。像这样，信号DIAG1以及信号DIAG2分别是取“H”或“L”值的1比特的信号。因而，状态判别电路24经由两个端子以合计2比特的信号来输出所判别的状态。

具体而言，如图2所示，状态判别电路24在“状态1”(正常状态)时，将信号DIAG1的值设为“H”，将信号DIAG2的值设为“H”。在“状态2”(预报状态)时，将信号DIAG1的值设为“H”，将信号DIAG2的值设为“L”。在“状态3”(异常温度状态)时，将信号DIAG1的值设为“L”，将信号DIAG2的值设为“H”。此时，将信号DIAG1的值以“L”闩锁。在“状态4”(异常电流状态)时，将信号DIAG1的值以“L”闩锁，将信号DIAG2的值也以“L”闩锁。

进而，状态判别电路24在功率半导体元件11的状态为“状态3”或“状态4”时，将对栅极驱动电路21输出的输出停止信号SD的值设为“H”，使功率半导体元件11停止。状态判别电路24如果被输入复位信号RESET，则将输出停止信号SD的值设为“L”。进而，此外，状态判别电路24对使能控制电路25输出温度监视信号TM，被从使能控制电路25输入复位信号RESET。温度监视信号TM的值例如与预报温度信号TW的值相同。

使能控制电路25被从微计算机101输入使能信号EN，被从状态判别电路24输入温度监视信号TM，并且对状态判别电路24输出复位信号RESET。使能控制电路25在温度监视信号TM的值为“L”时，即在温度TS小于预报温度值T1时，如果被输入使能信号EN则输出复位信号RESET。复位信号RESET是使状态判别电路24解除闩锁并使输出停止信号SD的值回到“L”的信号。如果输出停止信号SD的值为“L”，则栅极驱动电路21输出控制信号VOUT，如果输出停止信号SD的值为“H”则栅极驱动电路21不输出控制信号VOUT。另一方面，使能控制电路25，在温度监视信号TM的值为“H”时，即在温度TS为预报温度值T1以上时，即使被输入使能信号EN也不输出复位信号RESET。

微计算机101通过对控制电路20的栅极驱动电路21输出驱动器输入信号VIN，对功率半导体元件11进行控制。此外，通过被从控制电路20的状态判别电路24输入信号DIAG1以及信号DIAG2，从而判断功率半导体元件11的状态，并按照规定的程序或来自主计算机的指令，输出使能信号EN。此外，微计算机101存储功率半导体元件11的状态，计测成为某状态的次数并累计。并且，根据需要向用户发送消息。

接着，对本实施方式的功率模块1的动作进行说明。

图3是表示本实施方式的功率模块的过热时的动作的时序图。

图4是表示本实施方式的功率模块的过电流时的动作的时序图。

图5是表示本实施方式中的状态判别电路以及使能控制电路的动作的流程图。

(初始状态)

初始状态下，信号DIAG1的值为“H”，信号DIAG2的值为“H”，输出停止信号SD的值为“L”。另一方面，微计算机101将使能信号EN的值设为“L”。

(正常动作时)

首先，对正常动作时进行说明。

如图1及图3所示，如果微计算机101输出驱动器输入信号VIN，则栅极驱动电路21对功率半导体元件11的栅极输出控制信号VOUT。由此，控制功率半导体元件11的漏极电流，控制马达102的动作。

此时，从功率半导体元件11经由电流检测线11b向电流检测电路23输入电流CS。此外，温度检测电路22经由温度检测线12a使一定的电流流过二极管12，并且测定温度检测线12a的电位。如果随着功率半导体元件11的动作而温度变动，则二极管12的电压变动，温度检测线12a的电位变动。例如，如果功率半导体元件11的温度上升，二极管12的温度上升，则二极管12的电压减小，温度检测线12a的电位下降。

在正常动作时，由于温度TS小于预报温度值T1，因此从温度检测电路22对状态判别电路24输出的预报温度信号TW以及异常温度信号TE的值都是“L”。从状态判别电路24向使能控制电路25输出的温度监视信号TM的值也是“L”。此外，由于电流CS小于预报电流值C1，因此从电流检测电路23对状态判别电路24输出的预报电流信号CW以及异常电流信号CE的值都是“L”。

因此，从图5的步骤S1前进到步骤S2，进而，前进到步骤S5。如步骤S5所示，使能控制电路25将使能信号EN的输入设为有效，前进到步骤S8。

在该阶段中，由于未被输入使能信号EN、即值为“L”，因此从步骤S8前进到步骤S9。此外，由于异常电流信号CE的值为“L”，因此从步骤S9前进到步骤S10。由于预报电流信号CW的值也是“L”，因此从步骤S10前进到步骤S13。

其结果，如步骤S13所示，状态判别电路24将功率半导体元件11的状态判定为“状态1”(正常状态)。并且，如步骤S21所示，将信号DIAG2的值维持“H”，回到步骤S1。因而，如图2所示，信号DIAG1的值成为“H”，信号DIAG2的值也成为“H”。在正常动作时，反复上述的步骤S1→S2→S5→S8→S9→S10→S13→S21→S1的动作。由此，功率半导体元件11的动作继续。

(温度超过预报温度值的情况)

接着，对温度TS超过预报温度值(检出)T1_1的情况下的动作进行说明。

如图3所示，假设在时刻t11，温度TS超过预报温度值(检出)T1_1。在该情况下，预报温度信号TW的值成为“H”，因此从图5的步骤S2前进到步骤S4，使能控制电路25将使能信号EN的输入设为无效。由此，即使从微计算机101输入使能信号EN，使能控制电路25也不会对状态判别电路24输出复位信号RESET。

接着，如步骤S7所示，状态判别电路24将功率半导体元件11的温度状态判定为“预报温度状态”，因而将功率半导体元件11的状态判定为“状态2”(预报状态)。由此，如图3及图5的步骤S17所示，使信号DIAG2的值从“H”变化为“L”。其结果，如图2所示，信号DIAG1的值成为“H”，信号DIAG2的值成为“L”。然后，回到步骤S1。像这样，在预报温度状态中，反复上述的步骤S1→S2→S4→S7→S17→S1的动作。功率半导体元件11的动作继续。

(温度超过异常温度值的情况)

接着，对温度TS超过异常温度值(检出)T2_1的情况下的动作进行说明。

如图3所示，假设在时刻t12，温度TS超过异常温度值(检出)T2_1。在该情况下，异常温度信号TE的值成为“H”，因此从图5的步骤S1前进到步骤S3，使能控制电路25将使能信号EN的输入设为无效。此外，如步骤S6所示，状态判别电路24将功率半导体元件11的状态判定为“状态3”(异常温度状态)。

并且，如步骤S16所示，将信号DIAG2的值维持“H”，如步骤S22所示，使信号DIAG1的值从“H”变化为“L”。此时，信号DIAG1的值被闩锁(保持)为“L”，在闩锁通过复位信号RESET被解除之前，保持“L”。其结果，如图2所示，信号DIAG1的值被闩锁为“L”，信号DIAG2的值成为“H”。接着，如步骤S24所示，状态判别电路24将输出停止信号SD的值设为“H”，使栅极驱动电路21停止。该状态也被闩锁。

由此，即使被输入驱动器输入信号VIN，控制信号VOUT的值也被维持为“L”，功率半导体元件11的驱动停止。其结果，马达102中不被供给电力，马达102也停止。然后，回到步骤S1。像这样，在“状态3”(异常温度状态)中，反复上述的步骤S1→S3→S6→S16→S22→S24→S1的动作。功率半导体元件11的动作以停止的状态被固定。

(温度下降至小于异常温度值的情况)

如果功率半导体元件11停止，则功率半导体元件11不会再被加热，温度TS下降。如果温度TS在时刻t13小于异常温度值(解除)T2_2，则异常温度信号TE的值从“H”变化为“L”，因此从步骤S1前进到步骤S2。在该时刻，温度TS还是预报温度值(解除)T1_2以上，因此预报温度信号TW的值保持“H”，从步骤S2前进到步骤S4。并且，将上述的“预报温度状态”的动作、即步骤S1→S2→S4→S7→S17→S1的动作反复。由此，在步骤S17中，信号DIAG2的值从“H”切换为“L”，但由于信号DIAG1的值被闩锁，因此保持“L”。

(温度下降至小于预报温度值的情况)

功率半导体元件11的温度进一步下降，如果温度TS在时刻t14小于预报温度值(解除)T1_2，则预报温度信号TW的值被切换为“L”。由此，从图5的步骤S2前进到步骤S5，使能控制电路25将使能信号EN的输入设为有效。

然后，假设在时刻t15从微计算机101向使能控制电路25输入使能信号EN。由此，从步骤S8前进到步骤S14，进行初始化。即，如步骤S18所示，使能控制电路25对状态判别电路24输出复位信号RESET，解除闩锁。由此，如步骤S23所示，状态判别电路24使信号DIAG1的值回到“H”，如步骤S25所示，使输出停止信号SD的值为“L”，解除栅极驱动电路21的输出停止。

然后，如果微计算机101停止使能信号EN的输出，则从步骤S8前进到步骤S9→S10→S13，判定为“状态1”(正常状态)，在步骤S21中，使信号DIAG2的值回到“H”。并且，将上述的步骤S1→S2→S5→S8→S9→S10→S13→S21→S1的动作反复。

通过信号DIAG1的值以及信号DIAG2的值都成为“H”，微计算机101识别出成为“状态1”(正常状态)的情况。并且，在时刻t16，开始驱动器输入信号VIN的输出。其结果，功率半导体元件11重新开始动作。

另外，由微计算机101判断：在暂时成为“状态3”(异常温度状态)之后，在怎样的定时输出使能信号EN以及驱动器输入信号VIN。在图3所示的例中，在温度TS下降至预报温度值(解除)T1_2的时刻t14之后，输出了使能信号EN，但也可以在温度TS比预报温度值(解除)T1_2高的时期、即时刻t14之前，输出使能信号EN。但是，在该情况下也是，如果不是温度TS下降至小于预报温度值(解除)T1_2、且使能控制电路25将使能信号EN的输入设为有效之后，则不执行初始化，栅极驱动电路21不重新开始输出。

(电流超过预报电流值的情况)

接着，对电流CS超过预报电流值C1的情况的动作进行说明。

如图4及图2所示，假设在初始状态中，功率半导体元件11为“状态1”(正常状态)。

假设在时刻t21，电流CS超过预报电流值C1。在该情况下，预报电流信号CW的值成为“H”。由此，从图5的步骤S10前进到步骤S12，状态判别电路24判定为功率半导体元件11是“预报电流状态”即“状态2”(预报状态)，如步骤S15所示，在产生单脉冲之后，如步骤S20所示，将信号DIAG2的值设为“L”。信号DIAG2的值在单脉冲期间被固定为“L”。其结果，如图2所示，信号DIAG1的值成为“H”，信号DIAG2的值成为“L”。

另外，如果微计算机101将驱动器输入信号VIN的值设为“L”，则电流CS成为零，预报电流信号CW的值回到“L”。因此，根据驱动器输入信号VIN，有预报电流信号CW的值为“H”的期间极其短的情况。另一方面，信号DIAG2的值经过单脉冲期间而维持“L”，在时刻t22回到“H”。由此，即使电流CS超过预报电流值C1的时间短，信号DIAG2的值至少经过单脉冲期间也被维持为“L”，因此微计算机101能够可靠地读取成为“状态2”的情况。为了该目的，单脉冲优选的是例如为100μsec以上。并且，如果电流CS再次超过预报电流值C1，则信号DIAG2的值成为“L”。像这样，如果驱动器输入信号VIN断续地变化，则状态判别电路24的判定在“状态1”和“状态2”间往复，但功率半导体元件11的动作继续。

(电流超过异常电流值的情况)

接着，对电流CS超过异常电流值C2的情况的动作进行说明。

假设在时刻t23，电流CS超过预报电流值C1，信号DIAG2的值为“L”。然后，假设在时刻t24，电流CS超过异常电流值C2。由此，异常电流信号CE的值成为“H”。在该情况下，从图5的步骤S9前进到步骤S11，状态判别电路24判定为功率半导体元件11是“状态4”(异常电流状态)。

并且，如步骤S19所示，将信号DIAG2的值闩锁为“L”。接着，如步骤S22所示，将信号DIAG1的值闩锁为“L”。其结果，如图2所示，信号DIAG1的值被闩锁为“L”，信号DIAG2的值也被闩锁为“L”。接着，如步骤S24所示，状态判别电路24将输出停止信号SD的值以“H”闩锁，使栅极驱动电路21停止。由此，功率半导体元件11停止，马达102也停止。然后，回到步骤S1。

此时，功率半导体元件11停止，因此电流CS成为零。因而，异常电流信号CE的值回到“L”，但信号DIAG1的值以及信号DIAG2的值由于被闩锁而保持“L”。因而，在从微计算机101输入使能信号EN之前，状态判别电路24维持“状态4”(异常电流温度状态)，使功率半导体元件11为停止状态。

(从异常电流状态的恢复)

然后，微计算机101进行规定的判断，在时刻t25，使使能信号EN为“H”。由此，从步骤S8前进到步骤S14，判断为进行“初始化”，如步骤S18所示，使能控制电路25将复位信号RESET的值设为“H”而解除闩锁，如步骤S23所示，状态判别电路24将信号DIAG1的值设为“H”，如步骤S25所示，状态判别电路24将输出停止信号SD的值设为“L”。由此，输出停止被解除，栅极驱动电路21成为能够输出控制信号VOUT的状态。

此时，如果电流CS正常、即小于预报电流值C1，则从步骤S10前进到步骤S12，判定为“状态1”(正常状态)。并且，在时刻t26，如果被输入驱动器输入信号VIN，则栅极驱动电路21输出控制信号VOUT，重新开始功率半导体元件11的动作。

另一方面，例如在马达102短路并固定等情况下，在将功率半导体元件11刚重新启动时，电流CS超过异常电流值C2。在该情况下，再次进行上述的步骤S9→S11→S19→S22→S24的动作，判定为“状态4”(异常电流温度状态)并使功率半导体元件11停止。微计算机101例如对判定为“状态4”的次数进行计数，在超过规定的次数的情况下，判断为发生了短路等不良状况，以后不使功率半导体元件11动作。

接着，对本实施方式的效果进行说明。

在本实施方式中，状态判别电路24能够对微计算机101等外部控制机构输出：功率半导体元件11的状态为四个状态中的哪个状态。由此，微计算机101不仅能够识别功率半导体元件11为“正常状态”(状态1)还是异常状态(状态3以及状态4)，而且能够识别功率半导体元件11为“预报状态”(状态2)的情况。

由此，在功率半导体元件11成为异常状态而不得已停止之前，微计算机101能够采取适当的预防处置。例如，在功率半导体元件11为“预报状态”(状态2)的情况下，通过调整功率半导体元件11的输出，能够抑制功率半导体元件11的温度或电流增大。其结果，能够避免或延迟成为异常状态，或者减小因功率半导体元件11突然停止而带来的影响。

此外，在本实施方式中，能够识别异常状态为“异常温度状态”(状态3)还是“异常电流状态”(状态4)。由此，微计算机101能够判断是否需要功率半导体元件11的重新启动、以及反复的重新启动是否被允许，并能够采取与异常的内容匹配的重新启动处置。

例如，在功率半导体元件11为“异常温度状态”(状态3)的情况下，在功率半导体元件11的温度下降至小于预报温度值(解除)T1_2之前持续监视温度TS，在该期间，使功率半导体元件11停止。在功率半导体元件11为“异常电流状态”(状态4)的情况下，暂时使功率半导体元件11停止之后，立即重新启动。并且，如果正常动作，则原样驱动，在反复成为“异常电流状态”(状态4)的情况下，使功率半导体元件11的动作停止。

例如，在马达102为使汽车的刮水器动作的马达的情况下，如果刮水器因积雪或冻结而物理上被拘束，则功率半导体元件11上被施加负荷，有成为异常温度状态的情况。在该情况下，如上所述，控制电路20使功率半导体元件11暂时停止，但如果保持停止，则前窗的透明度降低，汽车的驾驶变得困难。因此，优选的是以适当的定时使马达102驱动，尝试刮水器的工作。

另一方面，在包括功率半导体元件11以及马达102的电路短路的情况下，即使使功率半导体元件11重新启动，每次也只是流过大电流。在这样的情况下，如果使功率半导体元件11多次重新启动，则马达电流增加，不仅缩短功率半导体元件11的寿命，还有可能引起冒烟或着火这样的重大状况。因此，优选的是将重新启动抑制在较少的次数，向用户通知修理的必要性。

像这样，根据本实施方式，能够进行与状况相应的处置，能够抑制对包括功率模块1在内的系统整体带来的影响，并且保护功率半导体元件11。像这样，根据本实施方式，能够实现能够判别异常的内容的控制电路20以及功率模块1。

进而，在本实施方式中，在“状态3”(异常温度状态)中，不将信号DIAG2的值闩锁，而实时地测定温度。由此，能够正确地检测实际的状况。另一方面，在“状态4”(异常电流状态)中，将信号DIAG2的值闩锁，保持刚刚停止前的电流CS的信息。这是因为，如果使功率半导体元件11停止，则电流CS成为零，因此如果实时地测定电流则能够维持“状态4”的判定。

进而，此外，在本实施方式中，从控制电路20通过2比特的信号对微计算机101传递四个状态。因此，能够缩短微计算机101用于识别状态的所需时间，能够进行高速的响应。假如，通过利用使脉冲宽度不同来传递信息的数字信号来传递功率半导体元件11的状态，则微计算机101需要在规定的期间对该数字信号进行采样，因此需要设置复杂的接收单元，并且在信息的读取上需要时间。相对于此，根据本实施方式，仅仅是将值为“H”或“L”的2值信号经由2根布线来传递，因此能够以简单的手段瞬时读取信息。

(第1实施方式的变形例)

接着，对第1实施方式的变形例进行说明。

图6是表示本变形例的功率模块的框图。

如图6所示，在本变形例中，对一个微计算机101连接了两个功率模块1a及1b。功率模块1a及1b的结构分别与上述的第1实施方式的功率模块1的结构相同。即，在功率模块1a设有驱动元件部10a以及控制电路20a，在功率模块1b设有驱动元件部10b以及控制电路20b。驱动元件部10a及10b例如驱动一个马达102。例如，驱动元件部10a使马达102正转，驱动元件部10b使马达102反转。

在微计算机101设有两个输出端子OUT1及OUT3和三个输入端子IN1、IN2、IN3。输出端子OUT1对控制电路20a输出驱动器输入信号VIN。输出端子OUT3对控制电路20b输出驱动器输入信号VIN。另一方面，控制电路20a的信号DIAG1以及控制电路20b的信号DIAG1被输入至输入端子IN1。即，各控制电路的信号DIAG1被输入至微计算机101的共用的输入端子。控制电路20a的信号DIAG2被输入至输入端子IN2。控制电路20b的信号DIAG2被输入至输入端子IN3。即，各控制电路的信号DIAG2被输入至微计算机101的相互不同的输入端子。在连接于输入端子IN1～IN3的各布线与微计算机101的电源电位之间，分别连接有电阻R1～R3。

接着，对本变形例的功率模块的动作进行说明。

图7是表示本变形例中的功率半导体元件的状态的图。

如图1所示，信号DIAG1连接于漏极开路晶体管N1的漏极，因此如果漏极开路晶体管N1成为导通状态，则信号DIAG1成为接地电位。因此，如图6所示，如果控制电路20a以及20b之中的某一方的信号DIAG1的值成为“L”，则输入端子IN1的电位成为“L”。如图7所示，在本变形例中，微计算机101按照以下的规则，判断功率半导体元件11的状态。

“状态1”是信号DIAG1的值为“H”、并且关于功率模块1a以及1b，信号DIAG2的值都为“H”的情况。在该情况下，功率模块1a以及1b都为“正常状态”。

“状态2”是信号DIAG1的值为“H”、并且关于功率模块1a以及1b之中的至少一方，信号DIAG2的值为“L”的情况。在该情况下，将信号DIAG2的值设为“L”的功率模块为“预报状态”。

“状态3”是信号DIAG1的值为“L”、并且关于功率模块1a以及1b，信号DIAG2的值都为“H”的情况。在该情况下，关于功率模块1a以及1b之中的至少一方，信号DIAG1的值为“L”。即，至少一方的功率模块为“异常温度状态”，停止动作。

“状态4”是信号DIAG1的值为“L”、并且关于功率模块1a以及1b之中的至少一方，信号DIAG2的值为“L”的情况。在该情况下，将信号DIAG2的值设为“L”的功率模块为“异常电流状态”，停止动作。

接着，对本变形例的效果进行说明。

根据本变形例，通过将信号DIAG1的输入端子共用，与将信号DIAG1的输入端子按每个功率模块设置的情况相比，能够减少布线数。由此，能够选择端口数少的微计算机，能够减少成本，并且由于布线被简单化，因此维护性提高。

本变形例中的上述以外的结构、动作以及效果与上述的第1实施方式相同。

另外，在本变形例中，示出了在一个微计算机101上连接两个功率模块1a以及1b的例子，但并不限定于此，也可以连接三个以上的功率模块。在该情况下，例如，使信号DIAG1输入至共用的输入端子，使信号DIAG2输入至相互不同的输入端子。由此，如果将连接在一个微计算机101上的功率模块的数量设为N个(N为1以上的整数)，则信号DIAG1用的布线为1根，信号DIAG2用的布线为N根，能够使状态传递用的布线为合计(N+1)根。但是，根据结构，信号DIAG2也可以共用化，在该情况下，布线数变得更少。

(第2实施方式)

接着，对第2实施方式进行说明。

图8是表示本实施方式的功率模块的框图。

如图8所示，本实施方式的功率模块2没有连接在微计算机等外部控制设备上。此外，除了上述的第1实施方式的功率模块1的结构以外，在功率模块2还设有与(and)门电路31以及脉冲产生单元32。脉冲产生单元32例如是多谐振荡器。

与门电路31被从外部输入了输入信号VSW，并且被从状态判别电路24输入信号DIAG2，将输入信号VSW以及信号DIAG2的逻辑积作为驱动器输入信号VIN来输出。即，只要输入信号VSW的值和信号DIAG2的值双方为“H”，则驱动器输入信号VIN的值为“H”，在其以外的情况为“L”。

脉冲产生单元32被输入信号DIAG1，在信号DIAG1的值为“L”时，对使能控制电路25输出脉冲信号作为使能信号EN。在信号DIAG1的值为“H”时，不输出脉冲信号，而将使能信号EN的值维持为“L”。

接着，对本实施方式的功率模块的动作进行说明。

图9是表示本实施方式中的功率半导体元件的状态的图。

图10是表示本实施方式的功率模块的动作的时序图。

表示本实施方式中的状态判别电路以及使能控制电路的动作的流程图与图5相同。

(初始状态)

在本实施方式中，初始状态与第1实施方式相同，信号DIAG1的值为“H”，信号DIAG2的值为“H”，输出停止信号SD的值为“L”，使能信号EN的值为“L”。以下，参照图8～图10、图5进行说明。

(正常动作时)

与门电路31中被输入了值为“H”的信号DIAG2。此外，与门电路31中被从外部输入了输入信号VSW。因此，与门电路31将与输入信号VSW相同的值的驱动器输入信号VIN对栅极驱动电路21输出。由此，功率半导体元件11被驱动，马达102被驱动。此时，由于信号DIAG1的值为“H”，因此脉冲产生单元32不输出使能信号EN。但是，使能控制电路25将使能信号EN的输入设为有效。

正常动作时的上述以外的动作与第1实施方式相同。即，状态判别电路24以及使能控制电路25反复图5的步骤S1→S2→S5→S8→S9→S10→S13→S21→S1的动作，将功率半导体元件11的状态判定为“状态1”，使功率半导体元件11继续动作。

(温度超过预报温度值的情况)

假设在时刻t31，温度TS超过了预报温度值(检测)T1_1。在该情况下，温度检测电路22将预报温度信号TW的值设为“H”，状态判别电路24将温度监视信号TM的值设为“H”。由此，从图5的步骤S2前进到步骤S4，使能控制电路25将使能信号EN的输入设为无效。

此外，如步骤S7所示，状态判别电路24将功率半导体元件11的状态判定为“预报温度状态”，因而判定为“状态2”(预报状态)。由此，如图9以及图5的步骤S17所示，使信号DIAG2的值变化为“L”。其结果，不管输入信号VSW的值如何，驱动器输入信号VIN的值都成为“L”，功率半导体元件11停止。然后，回到步骤S1。像这样，在预报状态中，与上述的第1实施方式同样，反复上述的步骤S1→S2→S4→S7→S17→S1的动作，但与第1实施方式不同，使功率半导体元件11停止。在本实施方式中，在温度TS为预报温度值以上的期间，不驱动功率半导体元件11。

像这样，如果温度TS达到预报温度值(检测)T1_1，则功率半导体元件11停止，因此温度TS下降，通常不会达到异常温度状态。另外，在因某种理由而温度TS上升到异常温度值以上的情况、以及下降到小于异常温度值的情况下的动作与第1实施方式相同。

(温度下降至小于预报温度值的情况)

在时刻t32，如果温度TS小于预报温度值(解除)T1_2，则预报温度信号TW的值以及温度监视信号TM的值回到“L”。由此，从步骤S2前进到步骤S5，使能控制电路25将使能信号EN的输入设为有效。此外，如步骤S13所示，状态判别电路24判定为“状态1”(正常状态)，如步骤S21所示，将信号DIAG2的值设为“H”。由此，与门电路31将与输入信号VSW相同的值的驱动器输入信号VIN对栅极驱动电路21输出，使功率半导体元件11的驱动重新开始。

然后，随着功率半导体元件11的驱动，如果温度TS再次达到预报温度值(检测)T1_1，则再次成为“状态2”。如图10所示，在时刻t32之后，温度TS在预报温度值(解除)T1_2与预报温度值(检测)T1_1之间往复，反复“状态1”和“状态2”。这样，能够将温度TS抑制为小于预报温度值(检测)T1_1。

(电流超过异常电流值的情况)

接着，对电流CS超过异常电流值C2的情况的动作进行说明。

例如，假设因短路等突发性的不良状况而在时刻t33电流CS超过了异常电流值C2。在该情况下，从步骤S9经由步骤S11前进到步骤S19，信号DIAG2的值被闩锁为“L”。由此，驱动器输入信号VIN的值固定为“L”，功率半导体元件11停止。

通常，如果功率半导体元件11中流过大电流，则温度TS超过预报温度值T1_1。或者，即使温度TS小于预报温度值T1_1，若在步骤S21中信号DIAG2的值成为“H”，则功率半导体元件11也重新开始动作而流过大电流，停止动作。这样，功率半导体元件11中断续地流过大电流，从而温度TS上升，超过预报温度值T1_1。因而，最终，温度监视信号TM的值成为“H”。

然后，从步骤S19前进到步骤S22，信号DIAG1的值被闩锁为“L”。由此，脉冲产生单元32输出脉冲信号作为使能信号EN。但是，由于温度监视信号TM的值为“H”，因此使能控制电路25不输出复位信号RESET。因而，功率半导体元件11不重新开始动作。

(恢复动作)

然后，功率半导体元件11被冷却，如果在时刻t34温度TS小于预报温度值(解除)T1_2，则以步骤S1→S2→S5→S8→S14前进，进行初始化，即，如步骤S18所示，使能控制电路25输出复位信号RESET，从而闩锁被解除，如步骤S23所示，信号DIAG1的值成为“H”，脉冲产生单元32停止使能信号EN。此外，如步骤S25所示，状态判别电路24将输出停止信号SD设为“L”。

然后，回到步骤S1，前进到步骤S2→S5→S8→S9，如果电流CS小于异常电流值C2，则前进到步骤S10，如果电流CS小于预报电流值C1，则前进到步骤S13，判定为“状态1”(正常状态)之后，前进到步骤S21，将信号DIAG2的值设为“H”。由此，与门电路31重新开始驱动器输入信号VIN的输出，使功率半导体元件11的动作重新开始。

接着，对本实施方式的效果进行说明。

根据本实施方式，即使没有微计算机101等外部控制机构，功率模块2也反复“状态1”和“状态2”，由此能够避免“状态3”(异常温度状态)。此外，功率模块2能够从“状态4”(异常电流状态)自主地重新启动，恢复到“状态1”(正常状态)。由此，对于没有设置微计算机的简单的致动器、例如汽车的电动座椅那样只是将运转者的操作原样传递给马达的致动器，也能够适用本实施方式，能够适当地管理功率半导体元件11的状态。

本实施方式中的上述以外的结构、动作以及效果与上述的第1实施方式同样。

另外，在本实施方式中，使温度监视信号TM的值与预报温度信号TW的值一致，但并不限定于此。在本实施方式中，由于通过信号DIAG2和与门电路31对驱动器输入信号VIN进行控制，因此也可以代替温度监视信号TM而使用预报电流信号CW、异常电流信号CE，能够根据实用上的需求而适当选择。

此外，在本实施方式中，将与门电路31以及脉冲产生单元32设置在控制电路20的外部，但也可以设置在控制电路20内。在该情况下也能够得到同样的效果。进而，在图1以及图9所示的例子中，示出了马达102连接在驱动元件部10与接地电位(GND)之间的例子，但马达102也可以连接在驱动元件部10与电源电位之间。此外，作为驱动对象的负荷并不限定于马达102，例如也可以是螺线管。进而，也可以在驱动元件部10与马达102之间设置电荷泵电路。

根据以上说明的实施方式，能够实现能够判别异常的内容的控制电路以及功率模块。

以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例来提示的，并没有要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他多种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书中记载的发明及其等价物的范围中。

Claims (8)

1.一种控制电路，对功率半导体元件进行控制，其中，

输出表示上述功率半导体元件的状态为正常状态、预报状态、异常温度状态、以及异常电流状态中的任一个状态的信号，

上述正常状态是上述功率半导体元件的温度小于第1温度值、并且上述功率半导体元件中流过的电流小于第1电流值的状态，

上述预报状态是上述温度为上述第1温度值以上且小于比上述第1温度值高的第2温度值、或者上述电流为上述第1电流值以上且小于比上述第1电流值高的第2电流值的状态，

上述异常温度状态是上述温度为上述第2温度值以上的状态，

上述异常电流状态是上述电流为上述第2电流值以上的状态，

上述控制电路具备：

栅极驱动电路，基于被从外部输入的驱动信号，驱动上述功率半导体元件；

温度检测电路，被输入表示上述功率半导体元件的温度的信号，并输出表示上述温度是否为上述第1温度值以上的第1温度信号、以及表示上述温度是否为上述第2温度值以上的第2温度信号；

电流检测电路，被输入表示上述功率半导体元件中流过的电流的信号，输出表示上述电流是否为上述第1电流值以上的第1电流信号、以及表示上述电流是否为上述第2电流值以上的第2电流信号；以及

状态判别电路，基于上述第1温度信号、上述第2温度信号、上述第1电流信号以及上述第2电流信号，输出用于区分上述正常状态、上述预报状态、上述异常温度状态以及上述异常电流状态的2值的第1信号以及2值的第2信号，并且在上述功率半导体元件的状态为上述异常温度状态或上述异常电流状态时，使上述栅极驱动电路停止。

2.如权利要求1所述的控制电路，其中，

在上述功率半导体元件的状态为上述异常温度状态或上述异常电流状态时，停止上述功率半导体元件的驱动，

在被从外部输入使能信号、并且上述温度小于规定的温度时，使上述功率半导体元件的驱动重新开始。

3.如权利要求1所述的控制电路，其中，

上述第1信号的值，在上述功率半导体元件的状态为上述正常状态或上述预报状态时、和上述功率半导体元件的状态为上述异常温度状态或上述异常电流状态时是不同的，

上述第2信号的值，在上述功率半导体元件的状态为上述正常状态或上述异常温度状态时、和上述功率半导体元件的状态为上述预报状态或上述异常电流状态时是不同的。

4.如权利要求3所述的控制电路，其中，

还具备使能控制电路，该使能控制电路基于使能信号，对上述状态判别电路输出复位信号，

上述状态判别电路在上述功率半导体元件的状态为上述异常温度状态时，不闩锁上述第2信号的值，在上述功率半导体元件的状态为上述异常电流状态时，闩锁上述第2信号的值，并在被输入上述复位信号时将上述闩锁解除。

5.如权利要求4所述的控制电路，其中，

还具备：

与门电路，对上述栅极驱动电路输出上述驱动信号与上述第2信号的逻辑积；以及

脉冲产生单元，基于上述第1信号，输出脉冲信号作为上述使能信号。

6.一种功率模块，其中，具备：

权利要求4所述的控制电路；

上述功率半导体元件；

与门电路，对上述栅极驱动电路输出上述驱动信号与上述第2信号的逻辑积；以及

脉冲产生单元，基于上述第1信号，输出脉冲信号作为上述使能信号。

7.一种功率模块，其中，具备：

权利要求1～5中任一项所述的控制电路；以及

上述功率半导体元件。

8.一种控制电路的控制方法，是对功率半导体元件进行控制的控制电路的控制方法，其中，

输出表示上述功率半导体元件的状态为正常状态、预报状态、异常温度状态、以及异常电流状态中的任一个状态的信号，

上述正常状态是上述功率半导体元件的温度小于第1温度值、并且上述功率半导体元件中流过的电流小于第1电流值的状态，

上述预报状态是上述温度为上述第1温度值以上且小于比上述第1温度值高的第2温度值、或者上述电流为上述第1电流值以上且小于比上述第1电流值高的第2电流值的状态，

上述异常温度状态是上述温度为上述第2温度值以上的状态，

上述异常电流状态是上述电流为上述第2电流值以上的状态。