CN110729993B - 信号传输设备和驱动设备 - Google Patents

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Abstract

一种信号传输设备，具有脉冲发生器、RS F/F电路和检测器，当PWM信号的状态改变时，发生器产生置位脉冲信号和/或复位脉冲信号。在产生置位脉冲信号之后，发生器在经过从产生置位脉冲信号算起的预定时间周期之后连续地产生下一脉冲信号。发生器根据选择器信号对算到首次传输下一脉冲信号的时间的预定时间周期进行调节。检测器基于从RS F/F电路接收到置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算，到首次接收到下一脉冲信号的时间的预定时间周期，对选择器信号的状态进行检测。

Description

信号传输设备和驱动设备
技术领域
本公开涉及信号传输设备和配备有对半导体开关进行驱动的信号传输设备的驱动设备。
背景技术
例如，专利文献1，日本专利公开第2007-6048号公开了配备有电力设备、高电压侧驱动器和低电压侧驱动器的功率半导体设备。电力设备包括串联连接的高电压侧电力设备和低电压侧电力设备。高电压侧驱动器对高电压侧电力设备进行驱动，低电压侧驱动器对低电压侧电力设备进行驱动。
高电压侧驱动器具有脉冲发生器。当高电压侧驱动器接收到包括微型计算机的外部电控单元传输的高电压侧信号时，脉冲发生器根据接收到的高电压侧信号(诸如脉冲宽度调制信号(PWM信号))以脉冲形式产生两种类型的信号、导通信号和断开信号。
当每个电平移位器晶体管的栅极端子接收到从脉冲发生器传输来的导通信号和断开信号时，高电压被供给至每个电平移位器晶体管的漏极端子，每个电平移位器晶体管的漏极端子通过反相器连接到触发电路的置位信号输入端子和复位信号输入端子。
触发电路的输出端子连接到作为高电压侧驱动元件的PMOS晶体管和NMOS晶体管中每一个的栅极端子。PMOS晶体管和NMOS晶体管中每一个的漏极端子连接到高电压侧电力设备的栅极端子。
可使用并联连接的、作为电力设备的半导体开关元件，以允许大电流流动并减少开关损耗。并联连接的半导体开关元件通常被同时导通，或者某些半导体开关元件根据在其中流过的电流的大小被导通。
为了选择性地对每个半导体开关元件进行驱动，相关技术使用设置于各个半导体开关元件的驱动设备，部件的总数增加并且其制造成本增加。当信号传输设备具有在以不同电压运行的电路区块之间使用置位脉冲信号和复位脉冲信号(例如，由脉冲发生器产生的导通信号和断开信号)传输的电路结构时，这个问题也变得更显著。
发明内容
因此，希望提供一种信号传输设备，通过使用置位脉冲信号和复位脉冲信号传输具有高电压电平和低电压电平的第一信号，同时抑制其中的部件总数增加，并且提供一种配备有对半导体开关元件进行驱动的信号传输设备的驱动设备。
根据本公开的一个方面，提供一种信号传输设备，具有脉冲发生器、输出电路和检测器。脉冲发生器具有第一输出端子和第二输出端子。脉冲发生器接收具有高电压电平或低电压电平的第一信号。脉冲发生器基于从高电压电平到低电压电平的第一信号的电压电平变化产生置位脉冲信号。脉冲发生器经由第一输出端子传输置位脉冲信号。脉冲发生器基于第一信号的从低电压电平到高电压电平的电压电平变化产生复位脉冲信号，并且经由第二输出端子传输复位脉冲信号。输出电路具有第一输入端子、第二输入端子和第三输出端子。当第一输入端子接收到从脉冲发生器传输来的置位脉冲信号时，输出电路经由第三输出端子传输与第一信号的高电压电平相对应的第一输出信号。当第二输入端子接收到从脉冲发生器传输来的复位脉冲信号时，输出电路经由第三输出端子传输与第一信号的低电压电平相对应的第二输出信号。脉冲发生器在经过从第一信号的电压电平变化时传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算的预定时间周期之后，产生并传输至少一个下一脉冲信号。脉冲发生器接收在多个电压电平之间变化的第二信号，并且根据第二信号改变。预定时间周期从传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算到第一次传输下一脉冲信号的时间。检测器基于从第一输入端子接收到置位脉冲信号的时间起算到第一输入端子首次接收到下一脉冲信号的时间的预定时间周期，或者基于从第二输入端子接收到复位脉冲信号的时间起算到第二输入端子首次接收到下一脉冲信号的时间的时间周期，检测第二信号的状态。
因此，在具有前述结构的信号传输设备中，当经由其第一输入端子接收到置位脉冲信号时，输出电路进入传输与第一信号的高电压电平相对应的高电压电平输出信号的状态。此外，当经由其第二输入端子接收到复位脉冲信号时，输出电路进入传输与第一信号的低电压电平相对应的低电压电平的输出信号的状态。也就是说，在信号传输设备中，第一信号经由脉冲发生器传输至输出电路，脉冲发生器根据第一信号的电压电平的变化产生并传输置位脉冲信号或复位脉冲信号。输出电路根据第一信号的电压电平产生并传输输出信号。
此外，在具有前述结构的信号传输设备中，脉冲发生器在第一信号的电压电平改变时传输置位脉冲信号或复位脉冲信号。另外，脉冲发生器在经过从传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算的预定时间周期之后，产生并传输至少一个下一脉冲信号。
再者，基于具有多个电压状态的第二信号，脉冲发生器改变从传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算到首次传输下一脉冲信号的时间的预定时间周期。因此，该结构使得检测器可以基于输出电路经由第一输入端子接收到置位脉冲信号的时间起算到输出电路经由第一输入端子接收到下一置位脉冲信号的时间的时间周期，或者输出电路经由第二输入端子接收到复位脉冲信号起算到输出电路经由第二输入端子接收到下一复位脉冲信号的时间的时间周期，正确地对第二信号的电压状态进行检测。这一结构使得可以经由脉冲发生器将第二信号可靠地传输至检测器。
根据本公开的另一方面，提供了一种驱动设备，该驱动设备具有信号传输设备，该信号传输设备具有脉冲发生器、输出电路、检测器、切换电路和多个驱动器。驱动设备对多个半导体开关元件进行驱动。
脉冲发生器具有第一输出端子和第二输出端子。脉冲发生器接收具有高电压电平或低电压电平的脉冲宽度调制信号(PWM信号)。脉冲发生器基于PWM信号从高电压电平到低电压电平的电压电平变化产生置位脉冲信号，并经由第一输出端子传输置位脉冲信号。脉冲发生器基于PWM信号从低电压电平到高电压电平的电压电平变化产生复位脉冲信号，并经由第二输出端子传输复位脉冲信号。输出电路具有第一输入端子、第二输入端子和第三输出端子。当第一输入端子接收到从脉冲发生器传输来的置位脉冲信号时，输出电路经由第三输出端子传输与PWM信号的高电压电平相对应的第一输出信号。当第二输入端子接收到从脉冲发生器传输来的复位脉冲信号时，输出电路经由第三输出端子传输与PWM信号的低电压电平相对应的第二输出信号。分别对应于多个半导体开关元件布置的多个驱动器，根据从输出电路的输出端子传输来的第一输出信号和第二输出信号，将驱动信号传输至各个半导体元件。切换电路对输出电路的输出端子与多个驱动器之间的连接进行切换。脉冲发生器在经过从PWM信号的电压电平变化时传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算的预定时间周期之后，产生并传输至少一个下一脉冲信号。脉冲发生器接收选择器信号。所接收到的选择器信号具有分别与多个半导体开关元件相对应的多个电压电平。脉冲发生器基于接收到的选择器信号的状态，改变从传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算到首次传输下一脉冲信号的时间的预定时间周期。检测器基于从第一输入端子接收到置位脉冲信号的时间起算到第一输入端子首次接收到下一脉冲信号的时间的预定时间周期，或是基于从第二输入端子接收到复位脉冲信号的时间起算到第二输入端子首次接收到下一脉冲信号的时间的时间周期，对选择器信号的状态进行检测。检测器基于其检测结果指示切换电路将输出电路的输出端子连接到多个驱动器中的一个，以便对多个半导体开关元件中的一个进行驱动。
驱动设备配备有具有前述结构的信号传输设备。驱动设备将PWM信号传输至输出电路、例如RS触发电路并传输到检测器。
检测器指示切换电路以便根据选择器信号的电压状态将输出电路的输出信号传输至用于对作为驱动目标的半导体开关元件进行驱动的驱动器。因此，驱动设备可靠地将输出信号传输至作为驱动目标的半导体开关元件。另外，驱动设备设有产生多个输出信号并将该多个输出信号传输至与各个半导体开关元件对应布置的多个驱动器的共用电路结构。这使得可以抑制形成驱动器设备的电路元件的总数增加，并且可以降低驱动器设备的制造成本。
附图说明
将参考附图，以举例的方式描述本发明优选的非限制性实施例，其中：
图1是示出根据本公开示例性实施例的、配备有信号传输设备的驱动设备的结构的框图；
图2是示出形成图1所示的驱动设备的部件中的信号的波形的时序图；
图3是示出图1所示的驱动设备中的脉冲发生器和相位指示器每一个的结构的框图；
图4A是示出对图3所示的脉冲发生器中的上升沿检测器和下降沿检测器的运行进行说明的信号波形的图；
图4B是对图3所示的脉冲发生器中的第一连续脉冲发生器和第二连续脉冲发生器的运行的信号波形；
图5是示出根据图1所示的示例性实施例的驱动设备的变型的局部结构的图；
图6是示出形成图5所示的驱动设备的部件中的信号波形的时序图。
具体实施方式
下文，将参照附图，对本发明的各种实施例进行描述。在各实施例的下面描述中，相似的附图标记或数字在通篇的若干附图中表示相似或等同的组成部分。
示例性实施例
将参考图1至图4A和图4B，给出根据本公开示例性实施例的配备有信号传输设备的驱动设备的描述。
图1是示出根据本公开示例性实施例的配备有信号传输设备的驱动设备1的结构的框图。
如图1所示，驱动设备1具有选择性地对第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b中的一个的结构进行驱动。第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b并联连接。
图2是示出形成图1所示的驱动设备1的部件中的各种信号的波形的时序图。这些信号将在后文详细说明。
第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b用作高电压侧电力设备，以对感应负载，例如感应电动机进行驱动。优选地，分别使用高电压绝缘栅双极晶体管(高电压IGBT)和碳化硅金属氧化物场效应晶体管(SiC MOSFET)作为第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b中的每一个。此外，可以使用具有相同特性或不同特性的IGBT和SiCMOSFET。例如，可使用IGBT作为第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b中的一个，而使用SiC MOSFET作为另一个半导体开关元件。
如图1所示，驱动设备1具有脉冲发生器10、相位指示器12、第一电平移位器14a、第二电平移位器14b、RS触发电路16、相位检测器18、切换电路20、第一驱动器22a和第二驱动器22b。RS触发电路16对应于输出电路。
在图1所示的驱动设备1的结构中，相位指示器12接收从外部微型计算机(未示出)传输来的选择器信号。选择器信号选择第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b中的一个。通过示例性实施例的描述，这一选择器信号对应于第二信号。
脉冲发生器10接收从外部微型计算机(未示出)传输来的脉冲宽度调制信号(PWM信号)。PWM信号选择第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b中的一个作为驱动目标。通过示例性实施例的描述，这一PWM信号对应于第一信号。
脉冲发生器10可结合有相位指示器12。在这一结构中，脉冲发生器10接收选择器信号(作为第二信号)和PWM信号(作为第一信号)。
在图1所示的驱动设备1的结构中，脉冲发生器10接收PWM信号。如图2所示，当接收到的PWM信号从低电平切换到高电平时，脉冲发生器10在上升沿时刻产生置位脉冲信号。脉冲发生器10通过脉冲发生器10的第一输出端子将产生的置位脉冲信号传输到第一电平移位器14a。此外，如图2所示，当接收到的PWM信号从高电平切换到低电平时，脉冲发生器10在下降沿时刻产生复位脉冲信号。脉冲发生器10通过脉冲发生器10的第二输出端子将产生的复位脉冲信号传输到第二电平移位器14b。
如图2所示，脉冲发生器10构造成在输出置位脉冲信号和复位脉冲信号之后的预定周期期间产生下一置位脉冲信号和下一复位脉冲信号。如图2所示，脉冲发生器10每隔预定周期T产生并传输下一静止脉冲信号和下一复位脉冲信号，直到PWM信号的电平被切换。
如图2所示，脉冲发生器10构造成多次(例如七次)产生并输出置位脉冲信号和复位脉冲信号，直到下一置位脉冲信号和下一复位脉冲信号被首次传输。置位脉冲信号和复位脉冲信号被多次传输的原因是根据多个置位脉冲信号和复位脉冲信号来可靠地切换RS触发电路16的状态。
外部微型计算机(未示出)将选择器信号传输到根据示例性实施例的驱动器设备1，以便对第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b中的一个进行驱动。例如，外部微型计算机产生并传输低电压电平的选择器信号以便选择第一半导体开关元件24a，并产生和传输高电压电平的选择器信号以便对第二半导体开关元件24b进行驱动。
如图1所示，相位指示器12接收从外部微型计算机(未示出)传输来的选择器信号。相位指令器12根据接收到的选择器信号的电压电平产生相位指令信号。相位指令信号表示从产生置位脉冲信号和复位脉冲信号被首次产生和传输的开始时间起算到当下一置位脉冲信号和下一复位脉冲信号被首次产生并传输的开始时间的相位(即时间间隔)。相位指示器12将所生成的相位指令信号传输至脉冲发生器10。
如图2所示，当接收到的选择器信号具有低电压电平时，相位指示器12产生指示脉冲发生器10使用对应于下一脉冲信号的输出周期T的一半T/2(见图2)的相位(即，时间间隔)的相位指令信号，其中，相位(即，时间间隔)从传输置位脉冲信号时的开始时间t1(见图2)起算到传输下一置位脉冲信号时的开始时间t2(见图2)，并且相位(即，时间间隔)从传输复位脉冲信号时的开始时间t3(参见图2)起算到传输下一复位脉冲信号时的开始时间t4(见图2)。相位指示器12将所生成的相位指令信号传输至脉冲发生器10。
另一方面，当接收到的选择器信号具有高电压电平时，相位指示器12产生指示脉冲发生器10使用对应于下一脉冲信号的整个输出周期T的相位(即，时间间隔)的相位指令信号，其中，相位(即，时间间隔)从传输置位脉冲信号时的开始时间t5(见图2)起算到传输下一置位脉冲信号时的开始时间t6(见图2)，并且相位(即，时间间隔)从传输复位脉冲信号时的开始时间t7(见图2)起算到传输下一复位脉冲信号时的开始时间t8(见图2)。相位指示器12将所生成的相位指令信号传输至脉冲发生器10。
在图1所示的驱动设备1的结构中，脉冲发生器10构造成根据从相位指示器12传输来的相位指令信号，对从传输置位脉冲信号时的开始时间t1、t5起算到传输下一置位脉冲信号时的开始时间t2、t6的相位(即，时间间隔)进行调节，并且对从传输复位脉冲信号时的开始时间t3、t7起算到传输下一复位脉冲信号时的开始时间t4、t8的相位(即，时间间隔)进行调节。
其结果是，根据从外部微型计算机(未示出)传输来的选择器信号的电压电平来调节时间间隔，其中，这一时间间隔表示从传输置位脉冲信号时的开始时间起算到传输下一置位脉冲信号时的开始时间的相位，并且表示从传输复位脉冲信号时的开始时间起算到传输下一复位脉冲信号时的开始时间的相位。
将参考图3，给出脉冲发生器10和相位指示器12中每一个的结构和行为的描述。
图3是示出图1所示的驱动设备1中的脉冲发生器10和相位指示器12每个的结构的框图。如图3所示，脉冲发生器10具有上升沿检测器30和下降沿检测器31。
图4A是示出图1所示的脉冲发生器10中的上升沿检测器30和下降沿检测器31的输出波形的图。图4B是示出图1所示的脉冲发生器10中的第一连续脉冲发生器44和第二连续脉冲发生器45的输出波形。
如图4A所示，上升沿检测器30在检测到PWM信号的上升沿时产生置位脉冲信号。下降沿检测器31在检测到PWM信号的下降沿时产生复位脉冲信号。
上升沿检测器30通过或电路32将置位脉冲信号传输至第一电平移位器14a。或电路32是作为数字逻辑门的或门。
下降沿检测器31通过或电路33将复位脉冲信号传输至第二电平移位器14b。
或电路32对应于脉冲发生器10的第一输出端子，或电路33对应于脉冲发生器10的第二输出端子。
如图3所示，上升沿检测器30还将置位脉冲信号传输至或电路34。类似地，下降沿检测器31还将复位脉冲信号传输至或电路34。或电路34是作为数字逻辑门的或门或电路34在接收到置位脉冲信号或复位脉冲信号时传输脉冲信号。也就是说，或电路34将脉冲信号传输至相位指示器12中的与电路35的一个输入端子和与电路36的一个输入端子。与电路35和与电路36中的每一个是作为数字逻辑门的与门。
如图3所示，与电路35的另一个输入端子接收选择器信号。与电路36的另一输入端子36a是反相输入端子。与电路36的反相输入端子36a接收选择器信号。因此，当选择器信号具有高电压电平(高)时，从或电路34传输来的脉冲信号经过与电路35。另一方面，当选择器信号具有低电压电平(低)时，从或电路34传输来的脉冲信号流过与电路36。
当从或电路34传输来的脉冲信号流过与电路35时，T延迟电路37接收从与电路35传输来的脉冲信号。当在接收到脉冲信号之后经过了周期T时，T延迟电路37开始传输T延迟后脉冲信号。
另一方面，当从或电路34传输来的脉冲信号已经流过与电路36时，T/2延迟电路38接收从与电路36传输来的脉冲信号。当在接收到脉冲信号之后经过了周期T/2(周期T的一半)时，T/2延迟电路38开始传输T/2延迟后脉冲信号。
从T延迟电路37传输来的T延迟后脉冲信号和从T/2延迟电路38传输来的T/2延迟后的脉冲信号对应于相位指令信号。
或电路39接收从T延迟电路37传输来的T延迟后脉冲信号和从T/2延迟电路38传输来的T/2延迟后脉冲信号。或电路39也是作为数字逻辑门的或门。
当接收到从T延迟电路37和T/2延迟电路38中的一个传输来的延迟后脉冲信号时，或电路39将接收到的延迟后脉冲信号传输到与电路40的一个输入端子和与电路41的一个输入端子。与电路40和与电路41中的每一个是作为数字逻辑门的与门。
如图3所示，与电路40的另一个输入端子接收PWM信号。与电路41的另一输入端子41a是反相输入端子。与电路41的反相输入端子41a也接收PWM信号。
因此，当接收到高电压电平(高)的PWM信号时，与电路40允许从或电路39传输来的延迟后脉冲信号经由与电路40传输到第一触发电路42。
另一方面，当接收到低电压电平(低)的PWM信号时，与电路41允许从或电路39传输来的延迟脉冲信号经由与电路40传输到第一触发电路42。
如图3所示，第一触发电路42和第二触发电路43中的每一个具有置位输入端子S、复位输入端子R和输出端子Q。
第一触发电路42的置位输入端子S接收从与电路40传输来的延迟后脉冲信号。第二触发电路43的置位输入端子S接收从与电路41传输来的延迟后脉冲信号。
当经由置位输入端子S接收延迟后脉冲信号时，第一触发电路42和第二触发电路43中的每一个经由其输出端子Q传输高电压输出信号(高)。
当经由复位输入端子R接收脉冲信号时，第一触发电路42和第二触发电路43中的每一个经由其输出端子Q传输低电压输出信号(低)。
第一触发电路42的复位输入端子R接收下降沿检测器31的输出信号。第二触发电路43的复位输入端子R接收上升沿检测器30的输出信号。
如图3所示，第一连续脉冲发生器44连接到第一触发电路42的输出端子Q，第二连续脉冲发生器45连接到第二触发电路43的输出端子Q。
如图4A所示，第一连续脉冲发生器44和第二连续脉冲发生器45中的每一个在第一触发电路42和第二触发电路43的输出端子Q传输高电平输出信号的时段期间，在周期T的每个间隔连续地产生脉冲信号。
当经由输出端子Q将输出信号从高电压电平切换到低电压电平时，第一连续脉冲发生器44和第二连续脉冲发生器45中的每一个停止产生和传输脉冲信号。
当接收从第一连续脉冲发生器44传输来的输出信号时，或电路32产生下一置位脉冲信号并将该下一置位脉冲信号传输到第一电平移位器14a。
另一方面，当接收从第二连续脉冲发生器45传输来的输出信号时，或电路33产生下一置位脉冲信号并将该下一置位脉冲信号传输到第二电平移位器14b。
在脉冲发生器10和相位指示器12具有前面描述结构的、根据示例性实施例的驱动器设备1中，当上升沿检测器30检测到PWM信号的上升沿并传输置位脉冲信号时，第一连续脉冲发生器44在周期T期间连续地产生脉冲信号并将该脉冲信号作为下一置位脉冲信号传输。第一连续脉冲发生器44通过或电路32将下一置位脉冲信号传输到第一电平移位器14a。
根据从相位指示器12传输来的延迟后脉冲信号，相位发生变化、即变为周期T和半周期T/2中的一个，其中该相位表示从首次产生和传输置位脉冲信号的开始时间起算到首次产生和传输下一置位脉冲信号时的开始时间的时间间隔。
当下降沿检测器31因检测到PWM信号的下降沿而传输复位脉冲信号时，第一触发电路42被复位。因此，当第一连续脉冲发生器44接收从第一触发电路42传输来的低电压输出信号时，第一连续脉冲发生器44经由或电路32停止连续地将置位脉冲信号传输至第一电平移位器14a。
另外，当下降沿检测器31因检测到PWM信号的下降沿而传输复位脉冲信号时，第二连续脉冲发生器45经由或电路33连续地产生脉冲信号并将该脉冲信号作为下一复位脉冲信号传输至第二电平移位器14b。
相位根据从相位指示器12传输来的延迟后脉冲信号而发生变化，其中该相位表示从首次产生和传输复位脉冲信号的开始时间起算到首次产生和传输下一复位脉冲信号时的开始时间的时间间隔。
当上升沿检测器30因检测到PWM信号的上升沿而传输置位脉冲信号时，第二触发电路43被复位。因此，当第二连续脉冲发生器45接收从第二触发电路43传输的低电压输出信号时，第二连续脉冲发生器45经由或电路33停止连续地将复位脉冲信号传输至第二电平移位器14b。
相位指示器12将延迟后脉冲信号作为与选择器信号的电压电平相对应的相位指令信号传输至脉冲发生器10中的与电路40和与电路41。脉冲发生器10根据从相位指示器12传输来的延迟后脉冲信号在相位T与半相位T/2之间的相位范围内调节相位，其中，该相位表示从首次产生和传输置位脉冲信号的开始时间起算到首次产生和传输下一置位脉冲信号时的开始时间的时间间隔，并且这一相位还表示从首次产生和传输复位脉冲信号的开始时间起算到首次产生和传输下一复位脉冲信号时的开始时间的时间间隔。
也就是说，当选择器信号具有高电压电平(高)时，脉冲发生器10对与周期T相对应的相位进行调节。另一方面，当选择器信号具有低电压电平(低)时，脉冲发生器10对与半周期T/2相对应的相位进行调节。
现在将参考图1和图2，给出根据示例性实施例的驱动设备1中的另一部件的结构的描述。
第一电平移位器14a和第二电平移位器14b中的每一个在以不同电源电压运行的电路块之间传输置位脉冲信号、复位脉冲信号、下一置位脉冲信号和下一复位脉冲信号。也就是说，脉冲发生器10和相位指示器12属于以相对低的电源电压工作的电路块。另一方面，RS触发电路16、相位检测器18、切换电路20、第一驱动器22a和第二驱动器22b属于以相对高的电源电压运行的电路块。
第一电平移位器14a和第二电平移位器14b中的每一个配备有电平移位器晶体管和反相器。第一电平移位器14a和第二电平移位器14b中的每一个中的电平移位器晶体管的栅极端子接收从脉冲发生器10传输来的置位脉冲信号、复位脉冲信号、下一置位脉冲信号和下一复位脉冲信号。
第一电平移位器14a和第二电平移位器14b中的每一个中的电平移位器晶体管的栅极端子接收高电压，并且经由反相器(未示出)连接到RS触发电路16的置位输入端子S(作为第一输入端子)和RS触发电路16的复位输入端子R(作为第二输入端子)。
因此，当第一电平移位器14a中的电平移位器晶体管因置位脉冲信号的电压电平而被导通时，RS触发电路16的置位输入端子S接收具有脉冲形状的置位脉冲信号。如图2所示，这使得可以允许RS触发电路16的输出端子Q传输与PWM信号对应的高电压电平的高电压输出信号(高)。
由于脉冲发生器10在传输置位脉冲信号之后传输下一置位脉冲信号，因此，RS触发电路16的置位输入端子S接收下一置位脉冲信号。然而，由于RS触发电路16已经进入经由其输出端子Q传输高电压输出信号的状态，因此，接收下一置位脉冲信号不会影响RS触发电路16的状态。然而，当RS触发电路16已经进入不传输高电压输出信号的状态时，接收下一置位脉冲信号导通触发电路16，以经由输出端子Q传输高电压输出信号。
另一方面，当第二电平移位器14b中的电平移位器晶体管因复位脉冲信号的电压电平而被导通时，RS触发电路16的复位输入端子R接收具有脉冲形状的脉冲信号。如图2所示，这使得可以允许RS触发电路16的输出端子Q传输与PWM信号的低电压电平相对应的低电压输出信号(低)。
类似于先前描述的下一置位脉冲信号，由于脉冲发生器10在传输复位脉冲信号之后传输下一复位脉冲信号，RS触发电路16的复位输入端子R接收下一复位脉冲信号。然而，由于RS触发电路16已经进入经由其输出端子Q传输低电压输出信号的状态，因此，接收下一复位脉冲信号不会影响RS触发电路16的状态。然而，当RS触发电路16进入不传输低电压输出信号的状态时，接收下一置位脉冲信号导通触发电路16，以经由输出端子Q传输高电压输出信号。
如前所述，RS触发电路16与由驱动设备1接收的PWM信号的电压电平的变化近似同步地传输输出信号。
可以接受的是，由驱动设备1接收的PWM信号的电压电平等于RS触发电路16的输出信号的电压电平或反相电压电平。
如图1所示，相位检测器18也接收从第一电平移位器14a传输到RS触发电路16的置位输入端子S的输出信号以及从第二电平移位器14b传输到第二电平移位器14b的复位输入信号R的输出信号。
当接收到置位脉冲信号和下一置位脉冲信号时，相位检测器18对相位是否对应于下一置位脉冲信号的周期T或该下一置位脉冲信号的半周期T/2进行检测，如前所述，该相位表示从首次产生和传输置位脉冲信号的开始时间起算到首次产生和传输下一置位脉冲信号时的开始时间的时间间隔。
此外，当接收到复位脉冲信号和下一复位脉冲信号时，相位检测器18对相位是否对应于下一置位脉冲信号的周期T或该下一置位脉冲信号的半周期T/2进行检测，如前所述，该相位表示从首次产生和传输置位复位脉冲信号的开始时间起算到首次产生和传输下一复位脉冲信号时的开始时间的时间间隔。
相位检测器18产生切换信号以对切换电路20的连接状态进行切换，使得基于相位检测器18的检测结果选择的第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b中的一个接收从RS触发电路16传输来的输出信号。相位检测器18具有锁存电路以保持检测结果。
当接收到置位脉冲信号和复位脉冲信号时，相位检测器18产生切换信号并将该切换传输到切换电路20。
例如，在图1和图2中所示的驱动设备1的结构和行为中，相位检测器18将切换信号传输至切换电路20，使得在从首次产生和传输置位脉冲信号和复位脉冲信号的开始时间起算到首次产生并传输下一置位脉冲信号和下一复位脉冲信号的开始时间的时间间隔的相位变为与下一脉冲信号的周期T(即下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号)相对应之后，第二驱动器22b在相位检测器18接收到下一置位信号或下一复位脉冲信号的时刻接收从RS触发电路16传输来的输出信号。这一控制使得可以根据RS触发电路16的输出信号执行第二半导体开关元件24b的PWM驱动。
另一方面，相位检测器18将切换信号传输到切换电路20，使得从首次产生和传输置位脉冲信号和复位脉冲信号的开始时间起算到首次产生并传输下一置位脉冲信号和下一复位脉冲信号的开始时间的时间间隔的相位变为与下一脉冲信号的半周期T/2相对应之后，第一驱动器22a在相位检测器18接收到下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号的时刻接收从RS触发电路16传输来的输出信号。这一控制使得可以基于RS触发电路16的输出信号执行第一半导体开关元件24a的PWM驱动。
切换电路20在第一驱动器22a和第二驱动器22b之间切换RS触发电路16的输出信号的传输。
例如，第一驱动器22a具有PMOS晶体管和NMOS晶体管。PMOS晶体管是布置在电源的高电压侧与第一半导体开关元件24a的栅极端子之间的驱动元件。NMOS晶体管是布置在电源的低电压侧与第一半导体开关元件24a的栅极端子之间的驱动元件。
RS触发电路16经由切换电路20将高电压电平(高)的输出信号传输至第一驱动器22a。当接收到从RS触发电路16传输来的高电压电平(高)的输出信号时，第一驱动器22a中的PMOS晶体管被导通，而NMOS晶体管在第一驱动器22a中断开。第一驱动器22a的这一状态将高电压供给至第一半导体开关元件24a的栅极端子。由此，第一半导体开关元件24a被导通。
另一方面，RS触发电路16经由切换电路20将低电压电平(低)的输出信号传输至第一驱动器22a。当接收到从RS触发电路16传输来的低电压电平(低)的输出信号时，第一驱动器22a中的PMOS晶体管断开，而NMOS晶体管在第一驱动器22a中被导通。第一驱动器22a的这一状态将低电压供给至第一半导体开关元件24a的栅极端子。由此，第一半导体开关元件24a断开。第一驱动器22a的这一状态将低电压供给至第一半导体开关元件24a的栅极端子。由此，第一半导体开关元件24a断开。如前所述，第一半导体开关元件24a基于RS触发电路16的输出信号而被导通/断开。
由于第二驱动器22b具有与第一驱动器22a相同的结构，因此，当相位检测器18将RS触发电路16的输出信号切换到第二驱动器22b时，基于RS触发电路16的输出信号对第二半导体开关元件24b进行判断。
现在，将描述根据示例性实施例的驱动设备1的技术特征和效果。
在根据前述示例性实施例的驱动设备1的结构中，当经由其置位输入端子S接收置位脉冲信号时，RS触发电路16传输与PWM信号的高电压电平相对应的输出信号的高电压电平。另一方面，当经由其复位输入端子R接收复位脉冲信号时，RS触发电路16传输与PWM信号的低电压电平相对应的输出信号的低电压电平。也就是说，在驱动设备1接收到PWM信号之后，PWM信号经由脉冲发生器10、第一电平移位器14a和第二电平移位器14b传输至RS触发电路16。RS触发电路16与PWM信号的电平变化同步地改变其输出信号。也就是说，RS触发电路16传输对应于接收的PWM信号的电压电平的输出信号。
在根据前述示例性实施例的驱动设备1的结构中，脉冲发生器10根据接收到的PWM信号的电压电平的切换时间来传输置位脉冲信号或复位脉冲信号。此外，脉冲发生器10传输下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号。在这种情况下，脉冲发生器10根据改变高电压电平(高电平)或低电压电平(低电平)的选择信号，调节、即改变预定时间周期，其中，预定时间周期表示从首次传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的开始时间到首次传输下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号的开始时间的时间长度。
在根据前述示例性实施例的驱动设备1的结构中，当选择器信号具有高电压电平(高)时，脉冲发生器10在经过时间周期后首次传输下一脉冲信号，其中，上述时间周期对应于从传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算的下一脉冲信号的周期T。
此外，当选择器信号具有低电压电平(低)时，脉冲发生器10在经过时间周期后首次传输下一脉冲信号，其中，该时间周期对应于从传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算的下一脉冲信号的半周期T/2。
因此，这一结构使得相位检测器18可以根据从RS触发电路16的置位输入端子S接收到置位脉冲信号的时间起算到首次接收到下一置位脉冲信号时的时间的时间，或者，根据从RS触发电路16的复位输入端子R接收到复位脉冲信号的时间起算到首次接收到下一复位脉冲信号的时间的时间，对选择器信号的状态(高电压电平或低电压电平)进行检测。这一结构使得可以经由脉冲发生器10、第一电平移位器14a和第二电平移位器14b将选择器信号传输到相位检测器18。
如图2所示，相位检测器18在接收到置位脉冲信号和第一个下一置位脉冲信号之前，或是直到接收到复位脉冲信号和第一个下一复位脉冲信号之前，不能对选择器信号的电压电平的变化进行检测。
换句话说，出现延迟后的时间周期，该延迟后的时间周期取决于PWM信号的电压电平的改变时刻，直到相位检测器18接收到选择器信号。
由于根据示例性实施例的驱动设备1使用选择器信号来切换第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b，因此，可发生传输延迟。
如先前详细描述的，根据示例性实施例的驱动设备1根据从传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算到首次传输下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号的时间的时间周期，可靠地将选择器信号传输至切换电路20，以选择和驱动第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b。这一控制使得电路可以具有相同的结构，以便将输出信号传输到第一驱动器22a和第二驱动器22b来对第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b进行驱动。换句话说，驱动设备1的改进结构可以避免使用不同的电路结构将控制信号传输到第一驱动器22a和第二驱动器22b中的每一个，以便对第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b进行驱动。这一结构可以抑制形成驱动设备1的电路部件的总数增加，并且避免驱动设备1的制造成本增加。
其它变形例
将参考图5和图6，给出根据示例性实施例的驱动设备1的各种变形例的描述。
图5是示出根据图1所示的示例性实施例显示驱动设备1的变形例的局部结构的图。图6是示出构成图5所示的驱动设备的变形例的部件中的信号波形的时序图。
如前所述，根据示例性实施例的驱动设备1具有选择第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b中的一个的结构。然而，本发明的概念不受示例性实施例的限制。例如，如图5和图6所示，可根据PWM信号的电压电平始终导通/断开开关元件24a中的一个，例如第一半导体开关元件24a，并且根据选择器信号和PWM信号的组合导通/断开另一个开关元件、即第二半导体开关元件24b。
在图5所示的驱动设备的变形例中，第一驱动器22a不经由切换电路20而直接连接到RS触发电路16的输出端子Q。也就是说，第一驱动器22a根据RS触发电路16的输出信号始终驱动、即导通/断开第一半导体开关元件24a，其与PWM信号的电压电平同步地切换。
另一方面，第二驱动器22b经由切换电路20连接到RS触发电路16的输出端子Q。基于从相位检测器18传输来的切换信号，对切换电路20的切换状态进行切换。例如，当相位检测器18传输高电压电平(高)的选择器信号时，切换电路20被导通，并且RS触发电路16的输出端子Q经由切换电路20连接到第二驱动器22b。另一方面，当相位检测器18传输低电压电平(低)的选择器信号时，切换电路20未被导通，并且RS触发电路16的输出端子Q不经由切换电路20连接到第二驱动器22b。第二驱动器22b并未对第二半导体开关元件24b进行驱动。
此外，驱动设备1可具有结构上的变形，除了选择性地驱动第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b中的一个的结构之外，同时驱动第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b。这一结构使用三个电压状态的选择器信号，并使用具有三种状态的相位(即时间间隔)，例如T/3、2T/3和T，其中该阶段表示从传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的开始时间起算到首次传输下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号的时间的时间周期。另外，切换电路构造成对三个开关状态进行切换。在第一切换状态中，RS触发电路16的输出信号被传输到第一驱动电路22a，以便对第一半导体开关元件24a进行驱动。在第二切换状态中，RS触发电路16的输出信号被传输到第二驱动电路22b，以便对第二半导体开关元件24b进行驱动。在第三切换状态中，RS触发电路16的输出信号被传输到第一驱动电路22a和第二驱动电路22b，以便同时对第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b进行驱动。相位检测器18对相位对应于哪个相位(即T/3、2T/3、T中的一个)进行检测，其中，相位表示从传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的开始时间起算到首次传输下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号的时间的时间周期。相位检测器18根据检测结果选择第一切换状态、第二切换状态和第三切换状态中的一个。
驱动设备也可具有如下结构，其中，三个半导体开关元件并联布置，它们其中一个被选择性地驱动，并且它们的组合被同时驱动。
在前面描述的驱动设备1的结构中，脉冲发生器10根据从相位指示器12传输来的相位指令信号，改变从首次传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算到首次传输下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号的时间的相位。此外，不管选择器信号的电压状态如何，驱动设备1使用下一脉冲信号的每个周期T的恒定值、即下一置位脉冲信号的周期和下一复位脉冲信号的周期。
然而，本发明的概念不限于此。例如，可以接受的是，只要脉冲发生器10改变相位、即从首次传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算到首次传输下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号的时间的时间间隔，脉冲发生器10产生并传输下一脉冲信号。
例如，脉冲发生器10可以产生具有与选择器信号的每个状态相对应的不同频率的多个脉冲信号，并且可以根据所产生的具有不同频率的脉冲信号，并且可以改变从首次传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间起算到首次传输下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号的时间的时间周期。
脉冲发生器10还可以产生和传输仅一个脉冲信号作为下一脉冲信号。
在根据前述示例性实施例的驱动设备的结构中，信号传输设备结合在驱动设备中，并且信号传输设备产生并传输PWM信号和选择器信号，以对由不同电源电压驱动的第一半导体开关元件24a和第二半导体开关元件24b等电路块。
然而，本发明的概念不限于此。例如，除了传输PWM信号和选择器信号之外，信号传输设备还可以产生和传输用于其他控制的控制信号。也就是说，在脉冲发生器10经由RS触发电路16产生并向电路块传输具有高电压电平或低电压电平并且用于由不同的电源电压驱动的电路块之间的第一信号的结构中，脉冲发生器10可以根据从第一次传输置位脉冲信号或复位脉冲信号的时间到第一次传输下一置位脉冲信号或下一复位脉冲信号的时间计算的时间间隔，传输在多个电压电平中变化的第二信号
虽然已详细描述了本发明的具体实施例，但本领域技术人员将会理解，根据本公开的总体教导可能演变出的针对那些细节的各种变形和替代。因此，所公开的特定布置仅旨在说明而非限于本发明的范围，其将被赋予所附权利要求书及其所有等同物的全部范围。

Claims (11)

1.一种信号传输设备，包括脉冲发生器(10)、输出电路(16)和检测器(18)，其中，
所述脉冲发生器(10)包括第一输出端子和第二输出端子，所述脉冲发生器接收具有高电压电平或低电压电平的第一信号，所述脉冲发生器基于所述第一信号从所述高电压电平到所述低电压电平的电压电平变化产生置位脉冲信号，并且经由所述第一输出端子传输所述置位脉冲信号，所述脉冲发生器基于所述第一信号从所述低电压电平到所述高电压电平的所述电压电平变化产生复位脉冲信号，并且经由所述第二输出端子传输所述复位脉冲信号，
所述输出电路具有第一输入端子、第二输入端子和第三输出端子，
当所述第一输入端子接收到从所述脉冲发生器传输来的所述置位脉冲信号时，所述输出电路经由所述第三输出端子传输与所述第一信号的所述高电压电平相对应的第一输出信号，
当所述第二输入端子接收到从所述脉冲发生器传输来的所述复位脉冲信号时，所述输出电路经由所述第三输出端子传输与所述第一信号的所述低电压电平相对应的第二输出信号，
其中，
所述脉冲发生器在经过从所述第一信号的所述电压电平变化时传输所述置位脉冲信号或所述复位脉冲信号的时间起算的预定时间周期之后，产生并传输至少一个下一脉冲信号，
所述脉冲发生器接收具有多个电压电平的第二信号，并且根据所述第二信号改变从传输所述置位脉冲信号或所述复位脉冲信号的时间起算到首次传输所述下一脉冲信号的时间的所述预定时间周期，
所述检测器基于从第一输入端子接收到所述置位脉冲信号的时间起算到所述第一输入端子首次接收到所述下一脉冲信号的时间的所述预定时间周期，或是基于从所述第二输入端子接收到所述复位脉冲信号的时间起算到所述第二输入端子首次接收到所述下一脉冲信号的时间的时间周期，对所述第二信号的状态进行检测。
2.如权利要求1所述的信号传输设备，其特征在于，
所述脉冲发生器产生多个下一脉冲信号，并将多个下一脉冲信号作为所述下一脉冲信号进行传输。
3.如权利要求2所述的信号传输设备，其特征在于，
所述脉冲发生器基于所述第二信号的所述状态，改变从首次传输所述置位脉冲信号或所述复位脉冲信号的时间起算到首次传输所述多个下一脉冲信号的时间的所述预定时间周期，
无论所述第二信号的所述状态如何，所述脉冲发生器都产生具有恒定时间间隔的所述多个下一脉冲信号。
4.如权利要求2所述的信号传输设备，其特征在于，
所述脉冲发生器产生具有与所述第二信号的每个所述电压电平相对应的不同频率的所述多个下一脉冲信号，并且对应于所述第二信号的每个所述电压电平，改变从首次传输所述置位脉冲信号或所述复位脉冲信号的时间起算到首次传输所述多个下一脉冲信号的所述时间的所述预定时间周期。
5.如权利要求1至4中任一项所述的信号传输设备，其特征在于，
所述脉冲发生器在短于所述预定时间周期的时间周期内，产生多个置位脉冲信号或多个复位脉冲信号，并将所述多个置位脉冲信号作为所述置位脉冲信号或是将所述多个复位脉冲信号作为所述复位脉冲信号进行传输。
6.一种驱动设备(1)，对多个半导体开关元件(24a、24b)进行驱动，所述驱动设备包括脉冲发生器(10)、输出电路(16)、检测器(18)、切换电路(20)以及多个驱动器(22a、22b)，其中，
所述脉冲发生器(10)包括第一输出端子和第二输出端子，所述脉冲发生器接收具有高电压电平或低电压电平的PWM信号，所述脉冲发生器基于所述PWM信号从所述高电压电平到所述低电压电平的电压电平变化产生置位脉冲信号，并且经由所述第一输出端子传输所述置位脉冲信号，所述脉冲发生器基于所述PWM信号从所述低电压电平到所述高电压电平的所述电压电平变化产生复位脉冲信号，并且经由所述第二输出端子传输所述复位脉冲信号，
所述输出电路包括第一输入端子、第二输入端子和第三输出端子，当所述第一输入端子接收到从所述脉冲发生器传输来的所述置位脉冲信号时，所述输出电路经由所述第三输出端子传输与所述PWM信号的所述高电压电平相对应的第一输出信号，
当第二输入端子接收到从脉冲发生器传输来的所述复位脉冲信号时，所述输出电路经由第三输出端子传输与PWM信号的低电压电平相对应的第二输出信号，
分别对应于所述多个半导体开关元件布置的所述多个驱动器，根据从所述输出电路的所述输出端子传输来的所述第一输出信号和所述第二输出信号，将驱动信号传输至各个所述半导体开关元件，
所述切换电路对所述输出电路的所述输出端子与所述多个驱动器之间的连接进行切换，
其中，
所述脉冲发生器在经过从所述PWM信号的所述电压电平变化时传输所述置位脉冲信号或所述复位脉冲信号的时间起算的预定时间间隔之后，产生并传输至少一个下一脉冲信号，
所述脉冲发生器接收选择器信号，所述选择器信号的状态具有与所述多个半导体开关元件相对应的多个电压电平，并且根据所述选择器信号的状态，改变从传输所述置位脉冲信号或所述复位脉冲信号的时间起算到首次传输所述下一脉冲信号的时间的所述预定时间间隔，
所述检测器基于从所述第一输入端子接收到所述置位脉冲信号的时间起算到所述第一输入端子首次接收到所述下一脉冲信号的时间的预定时间周期，或者基于从所述第二输入端子接收到所述复位脉冲信号的时间起算到所述第二输入端子首次接收到所述下一脉冲信号的时间的时间周期，对所述选择器信号的所述状态进行检测，
所述检测器基于其检测结果指示所述切换电路将所述输出电路的所述输出端子连接到所述多个驱动器中的一个，以便对所述多个半导体开关元件中的一个进行驱动。
7.如权利要求6所述的驱动设备，其特征在于，
所述脉冲发生器产生多个下一脉冲信号，并将所述多个下一脉冲信号作为所述下一脉冲信号进行传输。
8.如权利要求7所述的驱动设备，其特征在于，
所述脉冲发生器基于所述选择器信号的所述状态，改变从首次传输所述置位脉冲信号或所述复位脉冲信号的时间起算到首次传输所述多个下一脉冲信号的时间的所述预定时间周期，
无论所述选择器信号的所述状态如何，所述脉冲发生器都产生具有恒定时间间隔的所述多个下一脉冲信号。
9.如权利要求7所述的驱动设备，其特征在于，
所述脉冲发生器产生具有与所述选择器信号的每个所述电压电平相对应的不同频率的所述多个下一脉冲信号，并且对应于所述选择器信号的每个所述电压电平，改变从首次传输所述置位脉冲信号或所述复位脉冲信号的时间起算到首次传输所述多个下一脉冲信号的时间的所述预定时间周期。
10.如权利要求6至9中任一项所述的驱动设备，其特征在于，
所述脉冲发生器在短于所述预定时间周期的时间周期内，产生多个置位脉冲信号或多个复位脉冲信号，并将所述多个置位脉冲信号作为所述置位脉冲信号或是将所述多个复位脉冲信号作为所述复位脉冲信号进行传输。
11.如权利要求6至9中任一项所述的驱动设备，其特征在于，
所述驱动设备对由IGBT、SiC MOSFET以及IGBT和SiC MOSFET的组合中的一个组成的所述多个半导体开关元件进行驱动。
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