CN111999623A - 监控开关晶体管的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及监控开关晶体管的系统和方法。根据一个实施例，一种方法包括：使用设置在单片集成电路上的监控电路来在单片集成电路的监控端子处监控第一开关晶体管的输出信号以监控第一输出沿转换；使用设置在单片集成电路上的时间测量电路，测量第一驱动信号的第一输入沿转换和第一输出沿转换之间的第一时间延迟，其中第一驱动信号被配置为引起第一开关晶体管的状态的改变；使用设置在单片集成电路上的分析电路，将所测量的第一时间延迟与第一预定阈值进行比较以形成第一比较结果；以及基于第一比较结果指示第一错误条件。

Description

监控开关晶体管的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及用于监控开关晶体管的系统和方法。
背景技术
AC电动机(诸如三相电动机)在诸如汽车、工业和HVAC(暖气、通风和空调)的应用中越来越受欢迎。通过用电子器件代替在常规电动机中使用的机械换向器，实现了改进的可靠性、改进的耐久性和小形状因子。例如，AC电动机的其他优点包括更好的转速扭矩特性、更快的动态响应和更高的转速范围。通常，AC电动机(例如，三相电动机)具有控制器，该控制器生成脉宽调制(PWM)信号，该脉宽调制(PWM)信号用于为耦合至电动机的不同相位的功率开关产生驱动信号。这些PWM信号可以确定向电动机的线圈提供的平均电压和平均电流，由此控制电动机转速和扭矩。通常，这些PWM信号由包括开关晶体管的电路提供。根据电动机的功率要求，这些开关晶体管可能承载高电流来驱动电动机。
在安全临界电动机应用(诸如汽车应用)中，安全电路装置可以被实现为检测电动机和耦合至电动机的控制电路装置中的故障。该安全电路装置可以被配置为在检测到故障时关闭电动机和/或去激活连接至电动机的高电流路径。例如，在检测到短路时，可以去激活高电流路径，以防止高热条件或器件损坏。然而，由于在正常操作过程中常规地向电动机提供高电流，所以区分正常操作条件和故障条件可能存在挑战。
发明内容
根据一个实施例，一种方法包括：使用设置在单片集成电路上的监控电路来在单片集成电路的监控端子处监控第一开关晶体管的输出信号以监控第一输出沿转换；使用设置在单片集成电路上的时间测量电路来测量第一驱动信号的第一输入沿转换与第一输出沿转换之间的第一时间延迟，其中第一驱动信号被配置为引起第一开关晶体管的状态的改变；使用设置在单片集成电路上的分析电路来将所测量的第一时间延迟与第一预定阈值进行比较，以形成第一比较结果；以及基于第一比较结果指示第一错误条件。
根据另一实施例，一种集成电路包括：监控电路，该监控电路具有的输入被耦合至监控端子，监控端子被配置为耦合至第一开关晶体管的输出端子，其中监控电路被配置为在监控端子处监控输出信号以监控第一输出沿转换；时间测量电路，其被耦合至监控电路，其中时间测量电路被配置为测量第一驱动信号的第一输入沿转换与第一输出沿转换之间的第一时间延迟，并且其中第一驱动信号被配置为引起第一开关晶体管的状态的改变；以及分析电路，其被耦合至时间测量电路，并且被配置为将所测量的第一时间延迟与第一预定阈值进行比较，以形成第一比较结果，并且基于第一比较结果指示第一错误条件。
根据又一实施例，一种电动机系统包括第一开关晶体管、第二开关晶体管以及设置在单片集成电路上的至少一个电动机控制电路。至少一个电动机控制电路包括：第一驱动电路，其具有的输出被耦合至第一开关晶体管的控制端子，其中第一驱动电路被配置为接收具有第一输入沿转换的第一驱动输入信号并且基于第一驱动输入信号生成第一驱动信号，并且其中第一驱动信号被配置为引起第一开关晶体管的状态的改变；第二驱动电路，其具有的输出被耦合至第二开关晶体管的控制端子，其中第二驱动电路被配置为接收具有第二输入沿转换的第二驱动输入信号并且基于第二驱动输入信号生成第二驱动信号，并且其中第二驱动信号被配置为引起第二开关晶体管的状态的改变；比较器电路，其具有的输入被耦合至第一开关晶体管的输出端子和第二开关晶体管的输出端子，其中比较器电路被配置为在监控端子处监控输出信号以监控第一输出沿转换和第二输出沿转换；计数器电路，其被耦合至第一驱动电路、第二驱动电路和比较器电路，其中计数器电路被配置为测量第一输入沿转换和第一输出沿转换之间的第一时间延迟，并且测量第二输入沿转换和第二输出沿转换之间的第二时间延迟；以及分析电路，其被耦合至计数器电路。分析电路被配置为将所测量的第一时间延迟与第一预定阈值进行比较以形成第一比较结果，将所测量的第二时间延迟与第二预定阈值进行比较以形成第二比较结果，基于第一比较结果指示第一错误条件，以及基于第二比较结果指示第二错误条件。
附图说明
下面详细讨论当前优选实施例的制造和使用。然而，应当理解的是，本发明提供了许多可在多种特定上下文中具体化的可应用发明概念。所讨论的具体实施例只是说明制造和使用本发明的具体方法，并不限制本发明的范围。
图1A示出了实施例开关系统；以及图1B示出了与图1A的实施例开关系统相关联的时序图；
图2A示出了根据另一实施例的开关系统；图2B示出了实施例分压器电路；图2C示出了实施例评估电流源电路；图2D、图2E和图2F示出了实施例诊断电路；以及图2G和图2H示出了图示图2A的实施例开关系统的操作的时序图；
图3图示了示出开关系统在功能测试期间的操作的时序图；
图4示出了实施例电动机系统的示意图；以及
图5示出了实施例方法的框图。
除非另有指定，否则不同附图中的对应数字和符号通常表示相应的部分。绘制附图是为了清楚地说明优选实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。为了更清楚地说明特定实施例，指示相同结构、材料或工艺步骤的变化的字母可以跟随在图号之后。
具体实施方式
下面详细讨论当前优选实施例的制造和使用。然而，应当理解，本发明提供了许多可在多种特定上下文中具体化的可应用发明概念。所讨论的具体实施例仅仅说明制造和使用本发明的具体方法，并不限制本发明的范围。
本发明将关于特定上下文中的优选实施例、用于在电动机控制电路上下文中监控开关晶体管的系统和方法进行描述。然而，本发明可以应用于控制一个或多个晶体管的开关状态的其他类型的电路，包括但是不限于开关模式电源系统、功率系统、工业控制系统、音频系统和处理系统。
根据一个实施例，包括耦合至开关晶体管的驱动电路的开关驱动系统的操作完整性通过测量驱动信号(例如，驱动电路的输入或输出)的断言与开关晶体管的输出处的状态的改变之间的时间延迟来进行监控。通过监控该时间延迟，可以快速检测各种故障并采取校正动作。例如，如果在开关晶体管的输出处检测到短路，开关晶体管可以在发生广泛的热损伤之前立即关闭。监控该时间延迟还可以检测开关驱动系统中的其他类型的故障。例如，监控时间延迟可以检测影响开关时间的开关晶体管器件参数的漂移，诸如总栅极电荷、栅极-漏极电容、栅极电阻和其他可随时间、温度和器件损坏而变化的参数。因此，一些实施例开关驱动系统的优点包括在开关驱动系统的灾难性故障之前识别潜在故障(诸如电路性能的轻微退化)的能力。
在一些实施例中，监控定时延迟可以提供足够的故障覆盖，以允许可选地移除其他安全监控系统，诸如监控开关晶体管的漏极和源极电压。这种监控系统通常需要大量的面积和功率密集型电路装置，诸如浮置模数转换器。因此，由于实现实施例开关驱动系统所需面积和功率的减小，移除此类系统可以实现成本节约。
在一些实施例中，可以测量开关驱动系统内的其他时间延迟(诸如死区时间延迟和自由转动时间)，以提供附加系统状态。开关驱动系统可以使用该附加定时信息来检测死区时间违规、检测开关晶体管中可能存在的直通(shoot-though)电流以及验证开关晶体管的开关时间。
与经由外部控制器执行性能监控的系统相比，实施例的有利方面还包括快速检测故障和执行系统监控任务的能力，而不引起广泛的系统延迟。此外，可以使用将监控功能集成在与驱动电路相同的集成电路上的实施例来实现占用较少印刷电路板(PCB)空间的更小、更紧凑的开关系统。集成在同一单片半导体衬底上也是有利的，因为由此产生的板级迹线的减少降低了环境和电源相关噪声注入的影响。
图1A示出了根据本发明的一个实施例的开关系统10。如图所示，开关系统10包括集成电路11，集成电路11被耦合至包括高侧开关晶体管18(也称为“第一开关晶体管”)和低侧开关晶体管19(也称为“第二开关晶体管”)的半桥驱动器。驱动电路12H(也称为“高侧驱动器”或“第一驱动电路”)包括驱动输入DH_ON和驱动输出GH(也称为“驱动端子”)，驱动输出被耦合至高侧开关晶体管18的栅极(也称为“控制端子”)。在操作期间，驱动电路12H基于驱动输入DH_ON上的第一驱动输入信号(也称为驱动信号DH_ON)，在驱动输出GH上产生第一驱动输出信号(也称为“驱动信号GH”)。第一驱动输出信号可以被配置为改变高侧开关晶体管18的状态(例如，导通和关断高侧开关晶体管18)。类似地，驱动电路12L(也称为“低侧驱动器”或“第二驱动电路”)包括驱动输入DL_ON和驱动输出GL(也称为“驱动端子”)，驱动输出被耦合至低侧开关晶体管19的栅极(也称为“控制端子”)。在操作期间，驱动电路12L基于驱动输入DL_ON上的第二驱动输入信号(也称为驱动信号DL_ON)，在驱动输出GH上产生第二驱动输出信号(也称为驱动信号GH)。第二输出驱动信号可以被配置为改变低侧开关晶体管19的状态(例如，导通和关断低侧开关晶体管19)。
在一个示例中，当驱动信号DH_ON被断言(高电平有效(active high)或低电平有效(active low))时，驱动电路12H增加驱动信号GH的电压，使得高侧开关晶体管18导通。当高侧开关晶体管18导通时，经由高侧开关晶体管18的源极(也称为“输出端子”)向负载20和输出节点SH提供电流。当DH_ON被解除断言时，驱动电路12H降低驱动信号GH的电压，使得高侧开关晶体管18关断。类似地，当驱动信号DL_ON被断言(高电平有效或低电平有效)时，驱动电路12L增加驱动信号GL的电压，使得低侧开关晶体管19导通。当低侧开关晶体管19导通时，经由低侧开关晶体管19的漏极(也称为“输出端子”)，从负载20和输出节点SH汲取电流。当驱动信号DL_ON被解除断言时，驱动电路12L降低驱动信号GL的电压，使得低侧开关晶体管19关断。在利用p沟道或PNP器件的实施例中，各种驱动信号将降低电压以导通开关晶体管以及增加电压以关断开关晶体管。
在一些实施例中，驱动信号DH_ON和DH_OFF以交替方式被断言，使得在一个特定时间只有高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19中的一个晶体管是有效的。可以在集成电路11外部执行驱动信号DH_ON和DH_OFF的生成，或者可以在集成电路11上设置的电路装置上执行驱动信号DH_ON和DH_OFF的生成。这种驱动信号生成电路装置可以包括但不限于脉宽调制电路装置、脉冲频率调制电路装置、非重叠信号生成电路装置和本领域已知的用于生成驱动信号的其他电路装置。驱动电路12H和驱动电路12L可以使用本领域已知的开关晶体管驱动器来实施，并且驱动信号GH和GL可适于用于实施高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19的特定晶体管技术。
在各种实施例中，例如，高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19可以使用晶体管(诸如IGBT晶体管、MOS晶体管(NMOS和/或PMOS)、双极晶体管或其他类型的晶体管)来实施。在一些实施例中，高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19可以是功率IGBT、功率MOSFET或功率双极晶体管，以支持高电流和高功率应用。在一些实施例中，高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19可以操作作为用于开关模式电源或驱动电动机的开关晶体管。在一些实施例中，开关系统10可以被适配为支持驱动单个开关晶体管。例如，可以省略驱动电路12H和高侧开关晶体管18，或者可以省略驱动电路12L和低侧开关晶体管19。
驱动电路12H和12L可以使用本领域已知的驱动电路架构来实施，并且可以包括辅助和支持电路装置，诸如缓冲器、电平移位器、隔离电路，如参照本文实施例更详细描述的。在一些实施例中，驱动电路12H可使用本领域已知的浮置高侧驱动电路来实施。驱动电路12L可实施为低侧驱动器。
在各种实施例中，监控电路22监控半桥驱动器的输出节点SH上的输出信号(也称为“输出信号SH”)。例如，监控电路22可使用本领域已知的比较器电路来实施，如下面更详细描述的。在一些实施例中，比较器电路将输出节点SH处的电压与参考电压(未示出)进行比较，并基于比较提供输出COMP。参考电压可任选地从例如使用分压器电路提供给高侧开关晶体管18的电源电压VDD中得到。
时间测量电路24被配置为测量输出信号SH(经由监控电路22)的沿转换和与驱动电路12H和12L相关联的各种驱动信号之间的相对时间延迟。在图1A所示的示例中，时间测量电路24被耦合至驱动输入DH_ON和DL_ON以及监控电路22的输出COMP。在各种实施例中，时间测量电路24可以测量驱动信号DH_ON、驱动信号DL_ON的任意组合的沿转换与输出信号SH之间的相对时间延迟。在一些实施例中，时间测量电路24可以被耦合至驱动输出GH和SL，而不是驱动输入DH_ON和DL_ON。在其他实施例中，时间测量电路24可以被耦合至驱动电路12H和12L内部的驱动信号，而不是驱动输入DH_ON和DL_ON。因此，在各种实施例中，可以将驱动电路12H和12L的信号路径内任何地方的驱动信号的定时相互比较或者与输出信号SH进行比较。如此，驱动信号DH_ON、DL_ON、GH和GL可统称为“驱动信号”。在本文的描述中，驱动电路12H的信号路径内的驱动信号可称为“第一驱动信号”，而驱动电路12L的信号路径内的驱动信号可称为“第二驱动信号”。在各种实施例中，时间测量电路24的输出包括与第一驱动信号、第二驱动信号和/或输出信号SH之间的相对定时成比例的值。该输出值可以是表示时间延迟的数字字，或者可以是表示时间延迟的模拟电压。
在一些实施例中，如下面关于实施例所描述的，时间测量电路24可使用数字电路装置来实施，诸如一个或多个数字计数器。在备选实施例中，时间测量电路24可使用模拟和/或混合信号电路装置来实施。例如，可以通过在所检测沿转换之间对电容器充电来测量各种时间周期，使得电容器上得到的电压与所检测沿转换之间的时间成比例。
在各种实施例中，分析电路26被配置为确定由时间测量电路24测量的一个或多个时间延迟是否满足预定标准。在一些实施例中，可以将各种信号之间的所测量的时间延迟与一个或多个预定阈值进行比较和/或可以与预定定时窗进行比较。当一个或多个所测量的时间延迟被确定在预定定时窗之外和/或不满足由一个或多个预定阈值限定的标准(例如，所测量的时间超过阈值或者不超过阈值)时，分析电路26可断言错误信号ERROR。在一些实施例中，错误信号ERROR可以由多个单独的错误信号组成，每个错误信号指示存在不同的错误条件。在一些实施例中，每个错误信号可与由时间测量电路24执行的不同时间测量相关联。在各种实施例中，错误信号ERROR可被集成电路11或开关系统10用作发生在开关系统10内的故障的指示。这种故障可包括但不限于定时错误、信号故障、短路或开路引脚。一旦断言信号ERROR，集成电路11或开关系统10可将高侧开关晶体管18和/或低侧开关晶体管19设置为预定状态。例如，预定状态可以是高侧开关晶体管18或低侧开关晶体管19中的一者或两者被关断。
在一些实施例中，分析电路26可以对由时间测量电路24测量的时间延迟执行进一步的分析。例如，在一些实施例中，分析电路26可以对所测量的时间延迟不满足由预定时间阈值和/或测量窗建立的标准的次数进行计数，并且当计数的次数超过预定值时断言错误信号ERROR。在进一步的实施例中，分析电路26(或集成电路11或开关系统10内的其他电路装置)可以利用由时间测量电路24测量的时间延迟来提供除故障状态的通知之外的其他系统信息。例如，在一些实施例中，所测量的时间延迟可以用于确定电流在高侧开关晶体管18或低侧开关晶体管19内自由转动的时间。
图1B示出了由图1A所示开关系统10的集成电路11、高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19产生的驱动信号DH_ON、驱动信号DL_ON和输出信号SH之间的关系的时序图。应理解，虽然驱动信号DH_ON和DL_ON在图1B中示为高电平有效信号以便于说明，但是可以在一些实施例中使用低电平有效信号。在操作期间，通过在沿52处解除断言驱动信号DH_ON，通过首先去激活高侧开关晶体管18来拉低输出信号SH。在各种实施例中，解除断言驱动信号DH_ON使得驱动电路12H降低到达高侧开关晶体管18的栅极的驱动输出GH的电压，这使得高侧开关晶体管18关断，并且在高侧开关晶体管18的漏极处形成高阻抗条件。
在一些实施例中，驱动信号DH_ON在断言驱动信号DL_ON之前在可选的死区时间间隔t1(也称为“第六时间延迟”)期间被解除断言，以防止高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19中的直通电流。死区时间间隔t1可以使用本领域已知的非重叠信号发生器电路来生成。在死区时间间隔t1之后，驱动信号DL_ON在沿54处被断言(也称为“第二输入沿转换”)，这使得驱动电路12L增加驱动输出GL到低侧开关晶体管19的栅极的电压，并且使低侧开关晶体管19导通并且在接地和输出SH之间形成低阻抗电流路径。一旦形成该低阻抗电流路径，信号SH的输出电压在沿56处降低到接地(也称为“第二输出沿转换”)。驱动信号DL_ON在沿54处被断言的时间和输出信号SH在沿56转换到地的时间之间的延迟时间t5(也成为“第二时间延迟”)也可称为“第二延迟时间”，并且表示低侧开关晶体管19的导通时间，包括驱动电路12L的反应时间。驱动信号DH_ON在沿52处被解除断言(也称为“第三输入沿转换”)的时间和输出信号SH在沿56处转换到地的时间之间的延迟时间t3(也称为“第三时间延迟”)表示低侧开关晶体管19的死区时间和导通时间，包括驱动电路12L的反应时间。输出信号SH可以在沿56之后的规定时间内保持解除断言。
为了重新断言输出信号SH，在断言驱动信号DH_ON之前，驱动信号DL_ON在可选的死区时间间隔t2期间在沿58处被解除断言(也称为“第四输入沿转换”)，以防止直通电流。与死区时间间隔t1类似，还可以使用本领域已知的非重叠信号发生器电路来生成死区时间间隔t2(也称为“第五时间延迟”)。在死区时间间隔t2之后，驱动信号DH_ON在沿64处被断言(也称为“第一输入沿转换”)，这使得驱动电路12L增加驱动输出GH到高侧开关晶体管18的栅极的电压，并使得高侧开关晶体管18导通，并且在电源VDD和输出SH之间形成低阻抗电流路径。一旦形成该低阻抗电流路径，信号SH的输出电压增加到沿62处的电源VDD的电压(也称为“第一输出沿转换”)。驱动信号DH_ON在沿60处被断言的时间和输出信号SH转换到电源VDD在沿62处的电压的时间之间的延迟时间t6(也称为“第一时间延迟”)也可以被称为“第一延迟时间”，并且表示高侧开关晶体管18的导通时间，包括驱动电路12H的反应时间。驱动信号DL_ON在沿58处被解除断言的时间和输出信号SH转换到电源VDD在沿62处的电压的时间之间的延迟时间t4(也称为“第四时间延迟”)表示高侧开关晶体管18的死区时间和导通时间，包括驱动电路12H的反应时间。输出信号SH可以在沿62之后的规定时间内保持断言。例如，根据由脉宽调制(PWM)电路或脉冲频率调制(PFM)电路确定的脉冲宽度和占空比，可以确定输出信号SH保持断言的时间长度。
在各种实施例中，可以使用监控电路22、时间测量电路24和分析电路26测量、监控和分析延迟时间t6(“第一延迟时间”)和延迟时间t5(“第二延迟时间”)，以确定驱动信号DH_ON和DL_ON的断言与输出信号SH的变化之间的时间延迟是否满足预定的定时标准。未能满足这些预定的定时标准可以例如表示源极漏极之间的短路、栅极引脚的开路、栅极引脚对源极引脚短路或对地的短路、栅极引脚对漏极引脚或电源VDD的短路、或者高侧开关晶体管18或低侧开关晶体管19的源极或漏极引脚的开路。通过监控延迟时间t6(“第一延迟时间”)和t5(“第二延迟时间”)，可以进行快速判定来去激活驱动信号GH和GL。该去激活可以需要将驱动电路12H和12L配置为分别关断高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19。在一些情况下，例如，当高侧开关晶体管18或低侧开关晶体管19的栅极具有短路时，驱动电路12H和/或12L的输出可以被配置为获得高阻抗状态。
在各种实施例中，时间测量电路24被配置为根据开关系统10的实施及其实现来测量一个或多个延迟时间t1、t2、t3、t4、t5和t6。如果延迟时间t3小于延迟时间t1(例如，在驱动信号DL_ON被断言之前，输出信号SH转换为低)，这表示在低侧开关晶体管19中流动自由转动电流(例如，正向偏置低侧开关晶体管19的体二极管的电流)。类似地，如果延迟时间t4小于延迟时间t2(例如，在驱动信号DL_ON被断言之前，输出信号SH转换为高)，这表示在高侧开关晶体管18中流动自由转动电流(例如，正向偏置高侧开关晶体管18的体二极管的电流)。例如，在负载20是电感性的开关系统(诸如在电动机和开关模式电源)中，可以发生这种自由转动电流。在一些实施例中，通过使用t3＝t1+t2的关系来导出省略的延迟时间，可以省略延迟时间t1、t2和t3中任何一个的直接测量。类似地，通过使用t4＝t2+t6的关系来导出省略的延迟时间，可以省略对延迟时间t4、t5和t6中任何一个的直接测量。在一个示例中，延迟时间t3、t4、t5和t6通过时间测量电路24直接测量，并且延迟时间t1和t2被确定为导出值。例如，可以通过从延迟时间t3减去延迟时间t5来导出延迟时间t1，并且可以通过从延迟时间t4减去延迟时间t6来导出延迟时间t2。在另一示例中，延迟时间t1和延迟时间t2由产生驱动信号DH_ON和DL_ON的信号发生器(诸如PWM信号发生器)测量和/或导出。可代替地，可以直接测量所有延迟时间t1、t2、t3、t4、t5和t6。
图2A示出了实施例开关系统100，其是图1A所示开关系统10的更具体的实施。开关系统100包括被配置为驱动高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19的集成电路102。如图所示，集成电路102包括耦合至高侧开关晶体管18的栅极的高侧驱动器108和耦合至低侧开关晶体管19的栅极的低侧驱动器110。控制逻辑104被配置为生成驱动信号DH_ON和DL_ON，并且可选的电平移位器106被配置为使用本领域已知的电平移位电路和方法将驱动信号DH_ON和DL_ON的信号电平移位到驱动输入DH和DL的相应信号电平。在一个实施例中，驱动信号DH_ON和DL_ON是0V和逻辑高电平(诸如1.2V、2.0V、3.3V、5.0V或其他逻辑高电平)之间切换的逻辑信号。在一些实施例中，电平移位器106和高侧驱动器108之间的接口以及电平移位器106和低侧驱动器110之间的接口是当前接口，其中驱动器输入DH和DL被配置为接收电流。在一些实施例中，由驱动器输入DH和DL接收的电流水平可根据驱动信号DH_ON和DL_ON的逻辑电平在大约0mA和3mA之间变化，使得峰值电流被配置为切换高侧驱动器108或低侧驱动器110的状态。应当理解，这些逻辑/信号电平只是可在实施例实施中使用的许多可能的逻辑/信号电平中的一些。在一些实施例中，电平移位器106可包括电流隔离元件，诸如一个或多个变压器以在电平移位器106的输入和输出之间提供DC隔离。可以使用本领域已知的其他接口电路和方法，包括但不限于电压接口或通过将驱动器输入DH和DL的信号的幅度与预定阈值进行比较来确定高侧驱动器108或低侧驱动器110的状态的接口。在一些实施例中，高侧驱动器108和电平移位器106的用于驱动信号DH_ON的电平移位的部分对应于驱动电路12H，并且低侧驱动器110和电平移位器106的用于驱动信号DL_ON的电平移位的部分对应于图1A所示的驱动电路12L。
控制逻辑104可被配置为提供电路102的控制功能以及向电平移位器106提供脉宽调制信号和/或脉冲频率调制信号。所示的数字接口132耦合至具有n个信号引脚的数字总线DBUS，并且可用于控制、配置和监控集成电路102的操作。在各种实施例中，数字接口132可以是串行总线接口电路、并行总线接口电路和/或可符合任何总线标准，包括但不限于SPI、CAN、I2C、LVDS和USB。因此，数字总线DBUS的信号引脚的数目n可以是适合于所实施总线协议的任何数目。在一些实施例中，可经由数字接口132从数字总线DBUS接收脉宽调制或脉冲频率调制参数，诸如占空比、脉冲宽度、频率和其他参数，并将其传输到控制逻辑104内的寄存器以控制驱动信号DH_ON和DL_ON的生成。
集成电路102还包括分压器112、比较器114和诊断电路116。在操作期间，比较器114将信号SH的电压与由分压器112生成的比较电压电平VDH/n进行比较以产生比较信号COMP。通过从耦合至高侧开关晶体管18的漏极的电源节点VDH的电压导出比较电压电平VDH/n，可以生成跟踪输出节点SH的信号电平的比较器114的预定阈值电压。在替代实施例中，比较器114的阈值电压可使用提供不必跟踪供电源节点VDH的电压的阈值电压的其他电路来生成。例如，可以根据特定系统及其规范使用固定电压发生器，诸如带隙电压发生器或耦合至除电源节点VDH之外的另一电压节点的分压器。比较器114可使用本领域已知的比较器电路来实施。例如，在一些实施例中，比较器114可使用开关电容比较器电路来实施。
通过诊断电路116分析比较信号COMP以及驱动信号DH_ON和DL_ON以确定它们的相对定时，并确定相对定时是否满足预定标准。在各种实施例中，比较器114对应于监控电路22，并且诊断电路116结合图1A所示的时间测量电路24和分析电路26二者的功能。在一些实施例中，可选的评估电流源130耦合至输出节点SH来用电流IEVAL预充电输出节点SH，以支持下面详细描述的功能测试。在一些实施例中，比较器114和诊断电路116使用高频内部时钟信号进行计时，以提供高分辨率定时测量。在一个示例实施例中，该高频内部时钟信号具有约166MHz的频率以提供约6ns的定时分辨率。在替代实施例中，可根据特定实施例及其规范使用其他频率。
可以包括可选的电流感测反馈电路128，以监控电阻器124两端的电压，从而监控通过低侧开关晶体管19的电流。电流感测反馈电路128可包括本领域已知的电流监控电路装置，诸如一个或多个放大器、一个或多个比较器和/或模数转换器。电流感测反馈电路128的输出CSOUT耦合至控制逻辑104，并且可以被控制逻辑104用作本领域已知的开关控制算法的反馈输入。
可以包括可选的电源电路118，以向集成电路102的各种电路提供本地电源电压。在各种实施例中，这些本地电源电压可使用本领域已知的电压调节电路(诸如线性电压调节器)生成，和/或可以包括本领域已知的电压提升电路，诸如电荷泵等。在一些实施例中，电源电路118可生成供电平移位器106和低侧驱动器110使用的负电源电压。例如，这些负电压可用于偏置设置在集成电路102上的MOSFET的主体，和/或可用于在驱动输出GL处提供用于断言的负电压。电源电路118可以从电源端子VS和/或经由电源端子VDH向本地电路传送功率。
图2B示出了分压器112的示例实施。如图所示，分压器112被实施为包括电阻器150和152的电阻分压器。分压器112的输出VDH/n基于电阻器150和152的比率R152/(R150+R152)提供分压，其中，R150是电阻器150的电阻，R152是电阻器152的电阻。在替代实施例中，分压器112可使用本领域已知的其他分压器电路来实施。
图2C示出了评估电流源130的示例实施。如图所示，评估电流源130包括：测试电流源154，被配置为在断言高侧电流源信号IP_ON时对输出节点SH进行充电；以及测试电流源156，被配置为在断言低侧电流源信号IL_ON时对输出节点SH放电。测试电流源154和156可使用本领域已知的电流源电路来实施。应当理解，图2C所示的评估电流源130的实施只是本发明的实施例中可以使用的评估电流源130的许多可能实施中的一种。
图2D示出了图2A所示的诊断电路116的示例实施，该诊断电路116基于比较器114的输出COMP产生数字比较器信号DCOMP。如图所示，诊断电路116包括被配置为限定和/或调节比较器114的输出COMP的可选数字信号调节电路202。数字信号调节电路202可包括本领域已知的数字去毛刺电路装置，其被配置为当比较器114的输入接近其预定阈值时减少或消除亚稳态或颤动。代替去毛刺电路装置或者除去毛刺电路装置之外，数字信号调节电路202可包括消隐电路装置，其防止信号DCOMP在比较器114的输出COMP无效的时间内和/或在容易产生高水平噪声或干扰的PWM周期的时间内发生转换。例如，这种高水平的噪声或干扰可能由晶体管开关和杂散电感的组合引起，在电源节点处引起电压和电流尖峰。在一些情况下，高达20V的电源处的电压尖峰可能影响比较器114的性能，并且在比较器114的输出COMP处出现为毛刺。
图2D进一步示出了定时分析电路220A和定时分析电路220B。定时分析电路220A被配置为测量和分析驱动信号DH_ON的断言和输出信号SH的上升沿转换之间的时间延迟，其对应于图1B所示的时间延迟t6；并且定时分析电路220B被配置为测量和分析驱动信号DL_ON的断言与输出信号SH的上升沿转换之间的时间延迟，其对应于图1B所示的时间延迟t5。图2E进一步示出了定时分析电路220C和定时分析电路220D。定时分析电路220C被配置为测量和分析驱动信号DL_ON的解除断言和输出信号SH的上升沿转换之间的时间延迟，其对应于图1B所示的时间延迟t4；并且定时分析电路220D被配置为测量和分析驱动信号DH_ON的解除断言和输出信号SH的上升沿转换之间的时间延迟，其对应于图1B所示的时间延迟t3。图2F进一步示出了定时分析电路220E，其被配置为测量和分析当驱动信号DL_ON和DL_OFF均被解除断言时的死区时间。在各种实施例中，取决于特定实施例及其规范，诊断电路116可包括一个或多个定时分析电路220A、220B、220C、220D和/或220E。例如，在控制逻辑104被配置为提供驱动信号DL_ON和DL_OFF之间的死区时间的测量的实施例中，可以省略被配置为测量死区时间的分析电路220E。
如图2D、图2E和图2F所示，定时分析电路220A、220B、220C、220D和/或220E中的每一个都包括：错误时间计数器204和阴影寄存器206，其测量和存储在AND门214的输入处可应用的两个信号之间的时间延迟；以及分析电路222，其执行由错误时间计数器204测量的时间延迟的分析。在各种实施例中，错误时间计数器204、阴影寄存器206和AND门214对应于时间测量电路24，以及分析电路222对应于图1A所示的分析电路26。
转到图2D，定时分析电路220A被配置为测量和分析驱动信号DH_ON的断言和输出信号SH的上升沿转换之间的时间延迟，其对应于图1B所示的时间延迟t6。在操作期间，错误时间计数器204被配置为当AND门214的输出为高时递增。当驱动信号DH_ON被断言并且数字比较器信号DCOMP为低(例如，由于输出信号SH为低)时，满足该条件。在所示实施例中，数字比较器信号DCOMP在被输入到定时分析电路220A和AND门214之前被反相器218逻辑反相以形成反相数字比较器信号DCOMPB。在备选实施例中，AND门214和/或反相器218可被另一逻辑等效电路或功能替代。
在一些实施例中，错误时间计数器204的内容被传送到可选的阴影寄存器206，以供控制逻辑104使用和/或供分析电路222后期使用。数字比较器208将错误时间计数器204(或阴影寄存器206)的输出与预定阈值MAX_PFB_TIME进行比较，并且当错误时间计数器204的输出超过预定阈值时指示错误。在一些实施例中，每当数字比较器208指示错误时，可选的错误计数器210递增，并且可选的数字比较器212将由错误计数器210计数的错误数目与预定阈值MAX_ERROR进行比较。当由错误计数器210计数的错误数目超过预定阈值MAX_ERROR时，指示错误条件HS_ERR1(也称为“第一错误条件”)。在不使用错误计数器210和比较器212的实施例中，每当数字比较器208指示错误时间计数器204的值超过预定阈值MAX_PFB_TIME时，可以指示错误条件HS_ERR1。
在各种实施例中，错误时间计数器204使用高频时钟信号CLK进行计时，该高频时钟信号CLK任选地由信号COMP_VALID选通，其每当在比较器114的输出被认为有效时被断言。如图所示，该选通由AND门216执行，然而，可以使用任何逻辑等效电路来执行选通。在一些实施例中，时钟信号CLK可直接应用于错误时间计数器204，并且可以省略AND门216。在操作期间，信号RESET可用于复位错误时间计数器204并将错误时间计数器204的内容传送到阴影寄存器206。
在本发明的实施例中，错误时间计数器204和错误计数器210可使用本领域已知的数字计数器电路来实施，阴影寄存器206可使用本领域已知的数字寄存电路(诸如触发器或存储器电路)来实施，以及比较器208和212可使用本领域已知的数字比较器电路来实施。
定时分析电路220B被配置为测量和分析驱动信号DL_ON的断言和输出信号SH的下降沿转换之间的时间延迟，其对应于图1B所示的时间延迟t5。如图所示，数字比较器信号DCOMP和驱动信号DL_ON耦合至定时分析电路220B的AND门214的输入。因此，每当数字比较器信号DCOMP和驱动信号DL_ON同时被断言时，错误时间计数器204递增。否则定时分析电路220B的操作如上所述相对于上述定时分析电路220A进行。当计数的错误数目超过预定错误阈值MAX_ERROR时或者当数字比较器208检测到错误时(在不使用可选的错误计数器210和比较器212的实施例中)，指示错误条件LS_ERR1(也称为“第二错误条件”)。
如图2E所示的定时分析电路220C被配置为测量和分析驱动信号DL_ON的解除断言和输出信号SH的上升沿转换之间的时间延迟，其对应于如图1B所示的时间延迟t4。如图所示，反相数字比较器信号DCOMP和反相驱动信号DL_ONB耦合至定时分析电路220C的AND门214的输入。在一些实施例中，反相驱动信号DL_ONB可使用反相器250生成，然而，可以使用任何逻辑等效电路或方法来反相驱动信号DL_ON。因此，每当数字比较器信号DCOMP和驱动信号DL_ON都被解除断言时，错误时间计数器204递增。否则，定时分析电路220C的操作按照上文关于定时分析电路220A的描述进行。当计数的错误的数目超过预定的错误阈值MAX_ERROR时或者当数字比较器208检测到错误时(在不使用可选的错误计数器210和比较器212的实施例中)，指示错误条件HS_ERR2。
如图2E所示的定时分析电路220D被配置为测量和分析驱动信号DH_ON的解除断言和输出信号SH的下降沿转换之间的时间延迟，其对应于如图1B所示的时间延迟t3。如图所示，数字比较器信号DCOMP和反相驱动信号DH_ONB耦合至定时分析电路220D的AND门214的输入。在一些实施例中，可使用反相器252生成反相驱动信号DH_ONB，然而，可以使用任何逻辑等效电路或方法来反相驱动信号DH_ON。因此，每当数字比较器信号DCOMP被断言并且驱动信号DH_ON被解除断言时，错误时间计数器204递增。否则，定时分析电路220D的操作按照上文关于定时分析电路220A的描述进行。当计数的错误的数目超过预定的错误阈值MAX_ERROR时或者当数字比较器208检测到错误时(在不使用可选的错误计数器210和比较器212的实施例中)，指示错误条件LS_ERR2。
如图2F所示的定时分析电路220E被配置为测量和分析驱动信号DL_ON和驱动信号DL_OFF的断言之间的死区的长度，其对应于图1B所示的时间延迟t1和t2。如图所示，反相驱动信号DH_ONB和DL_ONB耦合至定时分析电路220E的AND门214的输入。因此，每当驱动信号DH_ON和DL_ON都被解除断言时，错误时间计数器204递增。否则，定时分析电路220E的操作按照上文关于定时分析电路220A的描述进行。当计数的错误的数目超过预定错误阈值MAX_ERROR时或者当数字比较器208检测到错误时(在不使用可选的错误计数器210和比较器212的实施例中)，指示错误条件DZ_ERR。
在各种实施例中，一个或多个定时分析电路220A、220B、220C、220D和/或220E的阴影寄存器206以及一个或多个错误条件信号HS_ERR1、LS_ERR1、HS_ERR2、LS_ERR2和DZ_ERR可以被路由到图2A所示集成电路102中的控制逻辑104，以进行进一步的分析和/或提供输入以启动错误条件响应，诸如关断高侧开关晶体管18和/或低侧开关晶体管19。在一些实施例中，错误条件数据可通过数字接口132传输和/或可经由数字接口132外部访问，以向耦合至数字总线DBUS的外部控制器警告错误条件。在所测量的相对定时指示会潜在引起稍后系统故障或间歇性系统故障的器件漂移的情况下，向外部控制器发出警报可能是有利的。
在一些实施例中，阈值MAX_PFB_TIME和MAX_ERROR可经由数字接口132编程并存储在本地寄存器中。此外，在一些实施例中，定时分析电路220A、220B、220C、220D和/或220E中的一个或多个可具有其各自独立的阈值MAX_PFB_TIME和/或MAX_ERROR，该各自独立的阈值可以被配置为彼此不同。在一些实施例中，每个定时分析电路220A、220B、220C、220D和/或220E的每一个MAX_PFB_TIME和/或MAX_ERROR可经由数字接口132单独且独立地可编程。
应该理解，图2D、图2E和图2F的实施例只是实施诊断电路116的许多可能方法的几个示例。在替代实施例中，根据本文公开的实施例，其他电路和方法可用于测量和分析相对定时。
图2G示出了时序图，该时序图示出上面参照图2D所示和所述的定时分析电路220A和220B的操作。驱动信号DH_ON、DL_ON和输出信号SH以类似于图1B的方式示出。图2G进一步示出了比较电压电平VDH/n、比较器输出COMP、定时分析电路220A的AND门214表示逻辑函数DH_ON&COMPB的输出、定时分析电路220B的AND门214表示逻辑函数DL_ON&COMP的输出以及复位错误时间计数器204并将错误时间计数器204的内容传送到阴影寄存器206的复位信号RESET。在一个实施例中，定时分析电路220A的错误时间计数器204在逻辑函数DH_ON&COMPB为真时递增，并且定时分析电路220B的错误时间计数器204在逻辑函数DL_ON&COMP为真时递增。如图所示，当驱动信号DH_ON被断言、驱动信号DL_ON被解除断言且输出信号SH为高时，或者当驱动信号DL_ON被断言、驱动信号DH_ON被解除断言且输出信号SH为低时，信号RESET是每半个周期中间的脉冲。信号RESET可由控制逻辑104使用本领域已知的数字逻辑系统和方法生成。例如，在一个实施例中，可以使用状态机生成信号RESET。
在使用诸如时钟比较器和/或开关电容比较器的模拟比较器来实施比较器114的实施例中，只有当比较器114的输出有效时，才可以激活错误时间计数器204的时钟。如图2D和图2E所示，使用AND门216来实施这种选通，使用选通信号COMP_VALID来选通时钟信号CLK。图2H示出了时序图，其示出比较器输出COMP相对于选通信号COMP_VALID和用于在执行比较之前复位内部电路比较器114的信号REFRESH的定时关系。如图所示，信号REFRESH在每个半周期的中间被脉冲化一段时间trefresh。如图所示，在断言信号REFRESH时，选通信号COMP_VALID被解除断言。在断言信号REFRESH之后，选通信号COMP_VALID在附加持续时间tset内保持为低，以允许比较器被刷新之后的附加比较器设置时间。可以使用本领域已知的数字电路(例如，使用有限状态机、定时电路和/或其他数字电路)生成信号COMP_VALID和REFRESH。
在一些实施例中，评估电流源130可与比较器114和诊断电路116一起使用，以在负载20耦合至高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19之前和/或在负载20被激活之前提供开关系统100的功能测试和/或上电测试。在这些实施例中，当高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19处于高阻抗状态时，评估电流源130用于对输出节点SH进行预充电。例如，可以在制造测试期间和/或在开关系统100的上电或诊断测试期间执行这样的功能测试。在一些实施例中，当开关系统100在不同于正常操作模式的测试模式下操作时执行功能测试。
图3示出了时序图，该时序图示出开关系统100在这种功能测试期间的操作。如图所示，通过在沿302处首先断言高侧电流源信号IP_ON来测试低侧信号路径，其激活图2C所示的高侧测试电流源154并将输出节点SH充电到较高的电压。一旦输出节点SH被充电，驱动信号DL_ON在沿304处被断言，这使得输出信号SH在沿306处转换到低电压。可以使用图2D所示的定时分析电路220B来测量和限定从沿304到沿306的延迟时间t5。类似地，通过在沿312处首先断言低侧电流源信号IL_ON来测试高侧信号路径，其激活图2C所示的低侧电流源156并将输出节点SH放电到较低的电压。一旦输出节点SH被放电，驱动信号DH_ON在沿314处被断言，这使得输出信号SH在沿316处转换到较高的电压。可以使用图2D所示的定时分析电路220B来测量和限定从沿314到沿316的延迟时间t6。
图4示出了电动机系统400，其包括经由三个半桥驱动器404耦合至三相电动机406的集成电路402。集成电路402在结构和操作方面与图2A所示的集成电路102相似，除了实施三个并行的半桥驱动器通道(也称为“电动机控制电路”)而不是单个通道。例如，控制逻辑104被配置为提供由信号DH_ONx和DL_ONx表示的输入驱动信号的三个通道。提供三个电平移位器106、三个高侧驱动器108和三个低侧驱动器110，以经由驱动输出GHx和GLx提供三个半桥驱动器404中的每一个的驱动和激活。因此，三个信号分析电路422提供由半桥驱动器404提供的输出信号SHx的监控和定时分析，每个半桥驱动器404都包括高侧开关晶体管18、低侧开关晶体管19和用于电流感测的可选电阻器124。在操作期间，三个半桥驱动器404的高侧开关晶体管18和低侧开关晶体管19向三相电动机406提供驱动电流。每个信号分析电路422都包括比较器114、诊断电路116和可选的评估电流源126，它们的操作如上文关于图2A-图2H和图3所述。电流感测反馈由三个可选的电流感测反馈电路128提供。
在各种实施例中，控制逻辑104被配置为生成三相输入驱动信号DH_ONx和DL_ONx，该三相输入驱动信号被配置为根据本领域已知的三相电动机驱动方法来驱动三相电动机406。在一些实施例中，输入驱动信号DH_ONx和DL_ONx的每个相位被配置为提供三相脉宽调制信号，该三相脉宽调制信号提供彼此相位偏移120度的电动机驱动信号。在一些实施例中，每个脉宽调制信号包括多个脉冲周期，其脉冲宽度和/或脉冲密度在单个电动机驱动周期内增加和减小。在这些实施例中，每个通道的峰值脉冲宽度相对于其他通道偏移120度。在其他实施例中，每个脉宽调制信号包括用于单个电动机驱动周期的单个脉冲周期。在这种实施例中，每个通道的每个单脉冲周期相对于其他通道偏移120度。
图5示出了实施例方法的框图。在步骤502中，使用设置在单片集成电路上的监控电路，在单片集成电路的监控端子处监控第一开关晶体管的输出信号，以监控第一输出沿转换。在一些实施例中，可以使用监控电路(诸如图1A所示的监控电路22)来执行输出信号的监控。在各种实施例中，可以使用比较器电路(诸如图2A和图4所示的比较器114)来实施监控电路22。在这种实施例中，比较器可通过将输出信号的电压与电压阈值进行比较来检测第一输出沿转换。在一些实施例中，可以使用分压器电路(诸如图2A、图2B和图4所示的分压器112)来生成该电压阈值。
在步骤504中，使用设置在单片集成电路上的时间测量电路(诸如图1A所示的时间测量电路24以及图2A和图4所示的诊断电路116)测量第一驱动信号的第一输入沿转换和第一输出沿转换之间的第一时间延迟。在一些实施例中，时间测量电路24和诊断电路116可以使用计数器(诸如图2D-图2F所示的错误时间计数器204)来实施。第一驱动信号可被配置为引起第一开关晶体管(诸如本文各附图中所示的高侧开关晶体管18和/或低侧开关晶体管19)的状态的改变。
在步骤506中，使用设置在单片集成电路上的分析电路(诸如图1A所示的分析电路26以及图2A和图4所示的诊断电路116)，将所测量的时间延迟与第一预定阈值进行比较以形成第一比较结果。在一些实施例中，分析电路26和诊断电路116可使用比较器(诸如图2D-图2F所示的数字比较器208)来实施。
在步骤508中，基于第一比较结果指示第一错误条件。在一些实施例中，当第一测量的时间延迟超过第一预定阈值时，指示错误条件。在另外的实施例中，当第一测量的时间延迟超过第一预定阈值第一次数时，指示错误条件。例如，可以使用参照图1A所示和所述的分析电路26和/或参照图2A、图2D、图2E、图2F和/或图4所示和所述的诊断电路116来执行错误条件指示的生成。
这里总结本发明的实施例。其他实施例也可以从说明书的整体和本文提交的权利要求中理解。
示例1.一种方法，包括：使用设置在单片集成电路上的监控电路，在单片集成电路的监控端子处监控第一开关晶体管的输出信号以监控第一输出沿转换；使用设置在单片集成电路上的时间测量电路，测量第一驱动信号的第一输入沿转换和第一输出沿转换之间的第一时间延迟，其中第一驱动信号被配置为引起第一开关晶体管的状态的改变；使用设置在单片集成电路上的分析电路，将所测量的第一时间延迟与第一预定阈值进行比较以形成第一比较结果；以及基于第一比较结果指示第一错误条件。
示例2.根据示例1的方法，还包括：使用监控电路，在监控端子处监控第二开关晶体管的输出信号以监控第二输出沿转换；使用时间测量电路，测量第二驱动信号的第二输入沿转换和第二输出沿转换之间的第二时间延迟，其中第二驱动信号被配置为引起第二开关晶体管的状态的改变；使用分析电路，将所测量的第二时间延迟与第二预定阈值进行比较以形成第二比较结果；以及基于第二比较结果指示第二错误条件。
示例3.根据示例2的方法，还包括使用时间测量电路测量以下项中的至少一项：第一驱动信号的第三输入沿转换和第二输出沿转换之间的第三时间延迟，其中当第一驱动信号被解除断言时发生第三输入沿转换；第二驱动信号的第四输入沿转换和第一输出沿转换之间的第四时间延迟，其中在第二驱动信号被解除断言时发生第四输入沿转换；第四输入沿转换和第一输入沿转换之间的第五时间延迟；或者第三输入沿转换和第二输入沿转换之间的第六时间延迟。
示例4.根据示例1至3之一的方法，还包括：使用设置在集成电路上的第一驱动电路，基于第一驱动信号驱动第一开关晶体管的控制端子。
示例5.根据示例1至4之一的方法，还包括执行上电测试，包括：在测量第一时间延迟之前，经由设置在集成电路上的第一驱动电路，去激活第一开关晶体管；以及使用电流源，在监控端子处施加第一电流。
示例6.根据示例5的方法，其中电流源被设置在单片集成电路上。
示例7.根据示例1至6之一的方法，还包括：经由第一开关晶体管向电动机提供驱动电流。
示例8.根据示例1至7之一的方法，还包括：生成脉宽调制信号；以及基于脉宽调制信号生成第一驱动信号。
示例9.根据示例1至8之一的方法，还包括：响应于指示第一错误条件，去激活第一开关晶体管。
示例10.一种集成电路，包括：监控电路，具有耦合至监控端子的输入，监控端子被配置为耦合至第一开关晶体管的输出端子，其中监控电路被配置为在监控端子处监控输出信号以监控第一输出沿转换；时间测量电路，被耦合至监控电路，其中时间测量电路被配置为测量第一驱动信号的第一输入沿转换与第一输出沿转换之间的第一时间延迟，并且其中第一驱动信号被配置为引起第一开关晶体管的状态的改变；以及分析电路，被耦合至时间测量电路，并且被配置为将所测量的第一时间延迟与第一预定阈值进行比较以形成第一比较结果，并且基于第一比较结果指示第一错误条件。
示例11.根据示例10的集成电路，还包括设置在集成电路上的第一驱动电路，其中第一驱动电路具有耦合至第一驱动端子的输出，第一驱动端子被配置为耦合至第一开关晶体管的控制端子，并且第一驱动电路被配置为基于第一驱动信号改变第一开关晶体管的状态。
示例12.根据示例11的集成电路，还包括：测试电流源，被耦合至监控端子；以及控制逻辑，被耦合至测试电流源、分析电路和第一驱动电路，其中控制逻辑被配置为：通过在测量第一时间延迟之前经由第一驱动电路去激活第一开关晶体管并且经由测试电流源向监控端子施加第一电流，在测试模式下操作集成电路。
示例13.根据示例11或12之一的集成电路，还包括耦合至分析电路和第一驱动电路的控制逻辑，其中控制逻辑被配置为响应于分析电路指示第一错误条件，经由第一驱动电路去激活第一开关晶体管。
示例14.根据示例10至13之一的集成电路，其中监控端子进一步被配置为耦合至第二开关晶体管的输出端子；监控电路进一步被配置为在监控端子处监控输出信号以监控第二输出沿转换；时间测量电路进一步被配置为测量第二驱动信号的第二输入沿转换和第二输出沿转换之间的第二时间延迟，其中第二驱动信号被配置为引起第二开关晶体管的状态的改变；并且分析电路进一步被配置为将所测量的第二时间延迟与第二预定阈值进行比较以形成第二比较结果，并且基于第二比较结果指示第二错误条件。
示例15.根据示例10至14之一的集成电路，还包括：设置在集成电路上的第一驱动电路，其中第一驱动电路具有耦合至第一驱动端子的输出，第一驱动端子被配置为耦合至第一开关晶体管的控制端子，并且第一驱动电路被配置为基于第一驱动信号改变第一开关晶体管的状态；以及设置在集成电路上的第二驱动电路，其中第二驱动电路具有耦合至第二驱动端子的输出，第二驱动端子被配置为耦合至第二开关晶体管的控制端子，其中第二驱动电路被配置为基于第二驱动信号改变第二开关晶体管的状态。
示例16.根据示例10至15之一的集成电路，其中监控电路包括模拟比较器；时间测量电路包括计数器；并且分析电路包括数字比较器。
示例17.根据示例10至16之一的集成电路，其中分析电路进一步被配置为：对第一错误条件被指示的第一次数进行计数；将第一次数与预定错误阈值进行比较；以及基于第一次数与预定错误阈值的比较来指示第一故障条件。
示例18.一种电动机系统，包括第一开关晶体管、第二开关晶体管以及设置在单片集成电路上的至少一个电动机控制电路。至少一个电动机控制电路包括：第一驱动电路，其具有的输出被耦合至第一开关晶体管的控制端子，其中第一驱动电路被配置为接收具有第一输入沿转换的第一驱动输入信号并基于第一驱动输入信号生成第一驱动信号，并且其中第一驱动信号被配置为引起第一开关晶体管的状态的改变；第二驱动电路，其具有的输出被耦合至第二开关晶体管的控制端子，其中第二驱动电路被配置为接收具有第二输入沿转换的第二驱动输入信号并基于第二驱动输入信号生成第二驱动信号，并且其中第二驱动信号被配置为引起第二开关晶体管的状态的改变；比较器电路，其具有的输入被耦合至第一开关晶体管的输出端子和第二开关晶体管的输出端子，其中比较器电路被配置为在监控端子处监控输出信号以监控第一输出沿转换和第二输出沿转换；计数器电路，其被耦合至第一驱动电路、第二驱动电路和比较器电路，其中计数器电路被配置为测量第一输入沿转换和第一输出沿转换之间的第一时间延迟以及测量第二输入沿转换和第二输出沿转换之间的第二时间延迟；以及分析电路，其被耦合至计数器电路。分析电路被配置为将所测量的第一时间延迟与第一预定阈值进行比较以形成第一比较结果，将所测量的第二时间延迟与第二预定阈值进行比较以形成第二比较结果，基于第一比较结果指示第一错误条件，以及基于第二比较结果指示第二错误条件。
示例19.根据示例18的电动机控制电路，其中至少一个电动机控制电路包括三个电动机控制电路。
示例20.根据示例18或19之一的电动机系统，还包括三相电动机，其中三相电动机的每个相位被耦合至三个电动机控制电路中的相应一个。
示例21.根据示例18至20之一的电动机系统，其中：第一开关晶体管包括第一功率IGBT或第一功率MOSFET；并且第二开关晶体管包括第二功率IGBT或第二功率MOSFET。
虽然本发明已经参考说明性实施例进行了描述，但是本说明书不旨在以限制意义进行解释。本领域技术人员在参考本说明书的情况下将明白所示实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合。因此，所附权利要求包括任何此类修改或实施例。

Claims (21)

1.一种方法，包括：
使用设置在单片集成电路上的监控电路，在所述单片集成电路的监控端子处监控第一开关晶体管的输出信号以监控第一输出沿转换；
使用设置在所述单片集成电路上的时间测量电路，测量第一驱动信号的第一输入沿转换和所述第一输出沿转换之间的第一时间延迟，其中所述第一驱动信号被配置为引起所述第一开关晶体管的状态的改变；
使用设置在所述单片集成电路上的分析电路，将所测量的所述第一时间延迟与第一预定阈值进行比较以形成第一比较结果；以及
基于所述第一比较结果指示第一错误条件。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用所述监控电路，在所述监控端子处监控第二开关晶体管的输出信号以监控第二输出沿转换；
使用所述时间测量电路，测量第二驱动信号的第二输入沿转换和所述第二输出沿转换之间的第二时间延迟，其中所述第二驱动信号被配置为引起所述第二开关晶体管的状态的改变；
使用所述分析电路，将所测量的所述第二时间延迟与第二预定阈值进行比较以形成第二比较结果；以及
基于所述第二比较结果指示第二错误条件。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
使用所述时间测量电路测量以下项中的至少一项：
所述第一驱动信号的第三输入沿转换和所述第二输出沿转换之间的第三时间延迟，其中所述第三输入沿转换在所述第一驱动信号被解除断言时发生；
所述第二驱动信号的第四输入沿转换和所述第一输出沿转换之间的第四时间延迟，其中所述第四输入沿转换在所述第二驱动信号被解除断言时发生；
所述第四输入沿转换和所述第一输入沿转换之间的第五时间延迟；或者
所述第三输入沿转换和所述第二输入沿转换之间的第六时间延迟。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用设置在所述集成电路上的第一驱动电路，基于所述第一驱动信号驱动所述第一开关晶体管的控制端子。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括执行上电测试，所述上电测试包括：
在测量所述第一时间延迟之前：
经由设置在所述集成电路所述上的第一驱动电路，去激活所述第一开关晶体管；以及
使用电流源，在所述监控端子处施加第一电流。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述电流源被设置在所述单片集成电路上。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：经由所述第一开关晶体管向电动机提供驱动电流。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
生成脉宽调制信号；以及
基于所述脉宽调制信号生成所述第一驱动信号。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于指示所述第一错误条件，去激活所述第一开关晶体管。
10.一种集成电路，包括：
监控电路，具有耦合至监控端子的输入，所述监控端子被配置为耦合至第一开关晶体管的输出端子，其中所述监控电路被配置为在所述监控端子处监控输出信号以监控第一输出沿转换；
时间测量电路，被耦合至所述监控电路，其中所述时间测量电路被配置为测量第一驱动信号的第一输入沿转换与所述第一输出沿转换之间的第一时间延迟，并且其中所述第一驱动信号被配置为引起所述第一开关晶体管的状态的改变；以及
分析电路，被耦合至所述时间测量电路，并且被配置为将所测量的所述第一时间延迟与第一预定阈值进行比较以形成第一比较结果，并且基于所述第一比较结果指示第一错误条件。
11.根据权利要求10所述的集成电路，还包括：设置在所述集成电路上的第一驱动电路，其中所述第一驱动电路具有耦合至第一驱动端子的输出，所述第一驱动端子被配置为耦合至所述第一开关晶体管的控制端子，并且所述第一驱动电路被配置为基于所述第一驱动信号改变所述第一开关晶体管的所述状态。
12.根据权利要求11所述的集成电路，还包括：
测试电流源，被耦合至所述监控端子；以及
控制逻辑，被耦合至所述测试电流源、所述分析电路和所述第一驱动电路，其中所述控制逻辑被配置为：通过在测量所述第一时间延迟之前经由所述第一驱动电路去激活所述第一开关晶体管并且经由所述测试电流源向所述监控端子施加第一电流，在测试模式下操作所述集成电路。
13.根据权利要求11所述的集成电路，还包括控制逻辑，所述控制逻辑被耦合至所述分析电路和所述第一驱动电路，其中所述控制逻辑被配置为响应于所述分析电路指示所述第一错误条件，经由所述第一驱动电路去激活所述第一开关晶体管。
14.根据权利要求10所述的集成电路，其中：
所述监控端子进一步被配置为耦合至第二开关晶体管的输出端子；
所述监控电路进一步被配置为在所述监控端子处监控所述输出信号以监控第二输出沿转换；
所述时间测量电路进一步被配置为测量所述第二驱动信号的第二输入沿转换和所述第二输出沿转换之间的第二时间延迟，其中所述第二驱动信号被配置为引起所述第二开关晶体管的状态的改变；并且
所述分析电路进一步被配置为：将所测量的所述第二时间延迟与第二预定阈值进行比较以形成第二比较结果，并且基于所述第二比较结果指示第二错误条件。
15.根据权利要求10所述的集成电路，还包括：
设置在所述集成电路上的第一驱动电路，其中所述第一驱动电路具有耦合至第一驱动端子的输出，所述第一驱动端子被配置为耦合至所述第一开关晶体管的控制端子，并且其中所述第一驱动电路被配置为基于所述第一驱动信号改变所述第一开关晶体管的所述状态；以及
设置在所述集成电路上的第二驱动电路，其中所述第二驱动电路具有耦合至第二驱动端子的输出，所述第二驱动端子被配置为耦合至所述第二开关晶体管的控制端子，并且其中所述第二驱动电路被配置为基于所述第二驱动信号改变所述第二开关晶体管的所述状态。
16.根据权利要求10所述的集成电路，其中：
所述监控电路包括模拟比较器；
所述时间测量电路包括计数器；以及
所述分析电路包括数字比较器。
17.根据权利要求10所述的集成电路，其中所述分析电路进一步被配置为：
对所述第一错误条件被指示的第一次数进行计数；
将所述第一次数与预定错误阈值进行比较；以及
基于所述第一次数与所述预定错误阈值的比较来指示第一故障条件。
18.一种电动机系统，包括：
第一开关晶体管；
第二开关晶体管；以及
至少一个电动机控制电路，被设置在单片集成电路上，所述至少一个电动机控制电路包括：
第一驱动电路，所述第一驱动电路的输出被耦合至所述第一开关晶体管的控制端子，其中所述第一驱动电路被配置为接收具有第一输入沿转换的第一驱动输入信号并且基于所述第一驱动输入信号生成第一驱动信号，并且其中所述第一驱动信号被配置为引起所述第一开关晶体管的状态的改变；
第二驱动电路，所述第二驱动电路的输出被耦合至所述第二开关晶体管的控制端子，其中所述第二驱动电路被配置为接收具有第二输入沿转换的第二驱动输入信号并且基于所述第二驱动输入信号生成第二驱动信号，并且其中所述第二驱动信号被配置为引起所述第二开关晶体管的状态的改变；
比较器电路，所述比较器电路的输入被耦合至所述第一开关晶体管的输出端子和所述第二开关晶体管的输出端子，其中所述比较器电路被配置为在监控端子处监控输出信号以监控第一输出沿转换和第二输出沿转换；
计数器电路，被耦合至所述第一驱动电路、所述第二驱动电路和所述比较器电路，其中所述计数器电路被配置为测量所述第一输入沿转换和所述第一输出沿转换之间的第一时间延迟以及测量所述第二输入沿转换和所述第二输出沿转换之间的第二时间延迟；和
分析电路，被耦合至所述计数器电路，并且被配置为：
将所测量的所述第一时间延迟与第一预定阈值进行比较以形成第一比较结果，
将所测量的所述第二时间延迟与第二预定阈值进行比较以形成第二比较结果，
基于所述第一比较结果指示第一错误条件，以及
基于所述第二比较结果指示第二错误条件。
19.根据权利要求18所述的电动机控制电路，其中所述至少一个电动机控制电路包括三个电动机控制电路。
20.根据权利要求19所述的电动机系统，还包括三相电动机，其中所述三相电动机的每个相位被耦合至所述三个电动机控制电路中的相应一个电动机控制电路。
21.根据权利要求18所述的电动机系统，其中：
所述第一开关晶体管包括第一功率IGBT或第一功率MOSFET；并且
所述第二开关晶体管包括第二功率IGBT或第二功率MOSFET。
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