CN112585864A - 功率模块及其电平转换电路 - Google Patents

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Abstract

在多个驱动装置间将转换驱动元件的驱动能力的时机同步化，并且整体提升开关噪声以及开关损失的降低效果。IPM(2)通过同步桥电路(6)将U相驱动装置(3)、V相驱动装置(4)以及W相驱动装置(5)连接。此处，假设在U相驱动装置(3)的高侧控制电路(12)中存在驱动能力的转换，并且介由总线(MHBus_U)向同步桥电路(6)通知转换的时机。同步桥电路(6)向U相驱动装置(3)的低侧控制电路(14)、V相驱动装置(4)和W相驱动装置(5)的高侧控制电路以及低侧控制电路通知该时机，一并地进行驱动能力的转换。由此，IPM(2)在相间不会使驱动能力失衡，并且能够提升开关噪声以及开关损失的降低效果。

Description

功率模块及其电平转换电路
技术领域
本发明涉及将用于按每相驱动多相的马达的多个驱动装置收纳于一个封装的功率模块及其电平转换电路。
背景技术
作为驱动三相马达那样的负载的装置，已知有智能功率模块(以下，称为IPM)。IPM具备驱动负载的驱动元件以及控制该驱动元件的控制电路，在控制电路中，内置有保护驱动元件以避免其处于过电流状态或者过热状态的保护电路。
另外，控制电路除了在保护电路检测出驱动元件的严重的过电流状态或者过热状态时停止驱动元件的动作以外，有时会在检测出预定的过电流状态或者过热状态时转换驱动元件的驱动能力(例如，参照专利文献1)。
作为转换驱动元件的驱动能力的方法，在专利文献1中，转换串联地插入到驱动元件的栅极的栅极电阻的值。即，在未检测到驱动元件的过电流状态以及过热状态时，将栅极电阻设定为大的值而减少开关噪声的产生。另一方面，在检测出驱动元件的过电流状态以及过热状态时，将栅极电阻设定为小的值而减少驱动元件的开关损失。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-274672号公报
发明内容
技术问题
关于转换驱动元件的驱动能力的以往技术，是改善各个驱动装置中的驱动元件的开关噪声以及开关损失的技术。因而，在收纳有多个驱动装置的功率模块中，驱动元件的驱动能力的转换按每个驱动装置单独地进行。因此，由于驱动元件的偏差和/或特性的不同，在驱动装置间、或者在各驱动装置的构成半桥输出电路的高侧驱动元件间以及低侧驱动元件间，转换栅极电阻的电阻值的时机不同。在具备有多个驱动装置的功率模块中，存在着在各个驱动装置中有效果的开关噪声以及开关损失的降低效果不充分的问题。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供在至少两个驱动装置间将转换驱动元件的驱动能力的时机同步化，并整体提升开关噪声以及开关损失的降低效果的功率模块。
另外，本发明的目的在于提供在各驱动装置的高侧驱动元件间以及低侧驱动元件间将转换驱动元件的驱动能力的时机同步化的功率模块的电平转换电路。
技术方案
关于本发明，为了解决上述的课题，在一个方案中，提供功率模块，该功率模块具备多个驱动装置，所述多个驱动装置的每一个具有：驱动负载的高侧驱动元件以及低侧驱动元件；控制高侧驱动元件的高侧控制电路；以及控制低侧驱动元件的低侧控制电路，高侧控制电路以及低侧控制电路分别具有：异常检测电路，其检测高侧驱动元件以及低侧驱动元件的异常状态；带有能力转换功能的驱动电路，其转换高侧驱动元件以及低侧驱动元件的驱动能力；以及驱动能力转换电路，其在异常检测电路检测出异常状态时，转换带有能力转换功能的驱动电路的驱动能力。在该功率模块中，在多个异常检测电路中的任一个检测出异常状态时，所有的带有能力转换功能的驱动电路转换高侧驱动元件以及低侧驱动元件的驱动能力。
另外，本发明提供功率模块的电平转换电路，其具备：向高侧控制电路传递表示低侧控制电路的异常的低侧信息的第一传递电路；以及向低侧控制电路传递表示高侧控制电路的异常的高侧信息的第二传递电路，在第二传递电路传递高侧信息时第一传递电路停止低侧信息的传递，在第一传递电路传递低侧信息时第二传递电路停止高侧信息的传递。
技术效果
由于在各相的高侧控制电路以及低侧控制电路中的一个进行了驱动能力的转换时，所有的带有能力转换功能的驱动电路转换驱动能力，所以上述构成的功率模块以及电平转换电路具有下述的优点：使相间的驱动能力不会失衡，并且能够提升开关噪声以及开关损失的降低效果。
通过与表示作为本发明的例子所优选的实施方式的附图相关联的以下的说明，本发明的上述以及其他的目的、特征以及优点变得明了。
附图说明
图1是表示应用了第一实施方式的功率模块的IPM的概要的构成框图。
图2是表示第一实施方式中的U相驱动装置的一构成例的电路图。
图3是表示第一实施方式中的带有驱动能力转换功能的驱动电路的一构成例的电路图。
图4是表示第一实施方式中的带有驱动能力转换功能的驱动电路的动作例的真值表。
图5是表示第一实施方式中的驱动能力转换电路的一构成例的电路图。
图6是表示第一实施方式中的通信电路的一构成例的电路图。
图7是表示第一实施方式中的同步桥电路的一构成例的电路图。
图8是说明由同步桥电路实现的同步状态的波形图。
图9是表示第一实施方式中的同步桥电路的电平转换电路的一构成例的电路图。
图10是说明由电平转换电路实现的同步状态的波形图。
图11是表示第二实施方式中的同步桥电路的电平转换电路的一构成例的电路图。
图12是表示第三实施方式中的同步桥电路的电平转换电路的一构成例的电路图。
图13是表示第四实施方式中的同步桥电路的电平转换电路的一构成例的电路图。
符号说明
2 IPM
3 U相驱动装置
4 V相驱动装置
5 W相驱动装置
6 同步桥电路
7 负载
8 电源
11 高侧驱动元件
12 高侧控制电路
13 低侧驱动元件
14 低侧控制电路
21 输入电路
22 控制电路
23 带有驱动能力转换功能的驱动电路
24 电流检测电路
25 温度检测电路
26 驱动能力转换电路
27 通信电路
30 电平转换电路
31 U相电平转换电路
31a 高侧电路
31b 低侧电路
32 V相电平转换电路
33 W相电平转换电路
34 U相电平转换电路
34a 高侧电路
34b 低侧电路
34c 光耦合器驱动电路
35 V相电平转换电路
36 W相电平转换电路
37 U相电平转换电路
37a 高侧电路
37b 低侧电路
37c 隔离器驱动电路
38 V相电平转换电路
39 W相电平转换电路
40 U相电平转换电路
40a 高侧电路
40b 低侧电路
41 V相电平转换电路
42 W相电平转换电路
AND1 与电路
BUF1、BUF2、BUF3、BUF4、BUF5、BUF6 缓冲器电路
D1、D2、D3 二极管
FWD1、FWD2 续流二极管
GND 接地端子
HVN NMOS晶体管
HVP PMOS晶体管
INV1、INV2 反相器电路
LSR1、LSR2 电平位移电阻
MBus 公共总线
MHBus_U、MHBus_V、MHBus_W、MLBus_U、MLBus_V、MLBus_W总线
MN1、MN2、MN11、MN21、MN22 NMOS晶体管
MP1、MP2 PMOS晶体管
NAND1 与非电路
OR1、OR2 或电路
OUT 输出端子
PDR1 下拉电阻
PUR1、PUR2、Rpull 上拉电阻
TBUF1 三态缓冲器电路
TINV1 三态反相器电路
VB、VB_U、VB_V、VB_W 高侧电源端子
VCCL 低侧电源端子
VP1，VP2 电源
VS，VS_U、VS_V、VS_W 高侧基准电位端子
XD1、XD2 开关元件
ZD 稳压二极管
具体实施方式
以下，关于本发明的功率模块的实施方式，以适用于收纳有驱动三相马达的三个驱动装置的IPM的情况为例参照附图详细地进行说明。应予说明，在附图中，由相同的符号所表示的部分表示相同的构成要素。另外，各实施方式在没有矛盾的范围中能够将多个实施方式部分地进行组合来实施。进而，在以下的说明中，端子名与该端子的电压、信号等有时会使用相同的符号。
<第一实施方式>
图1是表示应用了第一实施方式的功率模块的IPM的概要的构成框图。
IPM 2具有：向三相马达供给三相交流电的U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5；和同步桥电路6。U相驱动装置3通过总线MHBus_U、MLBus_U与同步桥电路6连接。V相驱动装置4通过总线MHBus_V、MLBus_V与同步桥电路6连接。W相驱动装置5通过总线MHBus_W、MLBus_W与同步桥电路6连接。
此处，由于构成IPM2的U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5分别具有相同的构成，所以在以下的说明中，代表性地关于U相驱动装置3的构成进行说明。
U相驱动装置3具有高侧驱动元件11以及高侧驱动元件11的高侧控制电路12、和低侧驱动元件13以及低侧驱动元件13的低侧控制电路14。高侧控制电路12通过总线MHBus_U与同步桥电路6连接，低侧控制电路14通过总线MLBus_U与同步桥电路6连接。高侧控制电路12以及低侧控制电路14具有转换高侧驱动元件11以及低侧驱动元件13的驱动能力的驱动能力转换功能。在高侧驱动元件11或者低侧驱动元件13成为特定的电流值或者特定的温度值时，该驱动能力转换功能转换高侧驱动元件11以及低侧驱动元件13的驱动能力。
根据该IPM 2的构成，例如，在U相驱动装置3的高侧控制电路12中，在高侧驱动元件11成为特定的电流值或者特定的温度值时，转换高侧驱动元件11的驱动能力。此时，高侧控制电路12介由总线MHBus_U向同步桥电路6传递存在有驱动能力的转换这一情况。同步桥电路6如果接收到在U相驱动装置3的高侧控制电路12中存在有驱动能力的转换这一情况，则介由与该同步桥电路6连接的其他所有的总线一并通知驱动能力的转换。即，同步桥电路6介由总线MLBus_U向U相驱动装置3的低侧控制电路14通知驱动能力的转换。同样地，同步桥电路6介由总线MHBus_V、MLBus_V向V相驱动装置4的高侧驱动电路以及低侧驱动电路通知驱动能力的转换。并且，同步桥电路6介由总线MHBus_W、MLBus_W向W相驱动装置5的高侧驱动电路以及低侧驱动电路通知驱动能力的转换。被通知该驱动能力的转换的U相驱动装置3的低侧控制电路14、V相驱动装置4的高侧驱动电路以及低侧驱动电路和W相驱动装置5的高侧驱动电路以及低侧驱动电路分别进行驱动能力的转换。由此，关于IPM2而言，由于U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5的驱动能力一并地转换，所以在三相间驱动能力不会失衡，能够提升开关噪声以及开关损失的降低效果。
图2是表示第一实施方式中的U相驱动装置的一构成例的电路图。
U相驱动装置3具有：高侧驱动元件11以及高侧驱动元件11的高侧控制电路12；和低侧驱动元件13以及低侧驱动元件13的低侧控制电路14，由于高侧控制电路12与低侧控制电路14的构成相同，所以省略其内部构成。
高侧驱动元件11以及低侧驱动元件13分别具有开关元件XD1、XD2。此处，虽然使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)作为开关元件XD1、XD2，但是也可以使用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)作为开关元件XD1、XD2。开关元件XD1的发射极与开关元件XD2的集电极连接来构成半桥输出电路。开关元件XD1的发射极与开关元件XD2的集电极之间的连接部连接于负载7的一个端子，负载7的另一个端子与接地端连接。该负载7能够设为三相马达的U相绕组。开关元件XD1的集电极与电源8的正极端子连接，开关元件XD2的发射极与接地端连接。
另外，关于高侧驱动元件11以及低侧驱动元件13而言，在开关元件XD1、XD2分别反向并联地连接有续流二极管FWD1、FWD2，并且设置有温度检测用的二极管D1、D2。应予说明，在开关元件XD1、XD2中，分别设置有由IGBT构成的电流检测用的电流感测元件，这些电流感测元件的发射极与高侧控制电路12以及低侧控制电路14连接。进而，开关元件XD1、XD2以及电流感测元件的栅极和二极管D1、D2的阳极以及阴极也分别与高侧控制电路12以及低侧控制电路14连接。
高侧控制电路12具有高侧电源端子VB，并且与电源VP1的正极端子连接，电源VP1的负极端子与高侧控制电路12的高侧基准电位端子VS以及半桥输出电路的输出端子OUT连接。电源VP1的正极端子以及负极端子还与同步桥电路6连接。另外，高侧控制电路12具有从上位控制装置接收控制开关元件XD1的高侧控制信号VHin的输入端子，进而，高侧控制电路12还通过总线MHBus_U与同步桥电路6连接。
低侧控制电路14具有：输入电路21、控制电路22、带有驱动能力转换功能的驱动电路23、电流检测电路24、温度检测电路25、驱动能力转换电路26和通信电路27。低侧控制电路14具有低侧电源端子VCCL以及接地端子GND，低侧电源端子VCCL与电源VP2的正极端子连接，电源VP2的负极端子与接地端子GND连接。电源VP2的正极端子以及负极端子也与同步桥电路6连接。应予说明，高侧驱动元件11内的电源VP1由向该低侧控制电路14供电的电源VP2生成。
输入电路21具有：与上位控制装置连接而接收控制开关元件XD2的低侧控制信号VLin的输入端子、和输出信号in的输出端子。输入电路21的输出端子与控制电路22的输入端子连接，控制电路22接收信号in并输出驱动信号drv。控制电路22的输出端子与带有驱动能力转换功能的驱动电路23的输入端子连接，带有驱动能力转换功能的驱动电路23的输出端子与开关元件XD2的栅极连接而供给栅极信号Vg。关于电流检测电路24而言，在其输入端子连接有电流感测元件的发射极，输入与开关元件XD2的集电极电流相当的电流Ioc。电流检测电路24的输出端子与驱动能力转换电路26的输入端子连接，供给与电流Ioc相当的过电流检测信号OC。温度检测电路25具有向二极管D2的阳极供给恒定的电流Ioh并接收从二极管D2的阴极输出的电流的端子。温度检测电路25的输出端子与驱动能力转换电路26的另外的输入端子连接，供给与开关元件XD2的温度相当的过热检测信号OH。驱动能力转换电路26的输出端子与带有驱动能力转换功能的驱动电路23的控制端子连接，并且在过电流检测信号OC或者过热检测信号OH处于预定的条件时，驱动能力转换电路26的输出端子输出能力转换信号DSEL。
通信电路27首先通过总线MLBus_U与同步桥电路6连接。另外，通信电路27也与驱动能力转换电路26连接。通信电路27在驱动能力转换电路26输出了能力转换信号DSEL时从驱动能力转换电路26接收信号TXS，并且介由总线MLBus_U向同步桥电路6进行通知。在介由总线MLBus_U从同步桥电路6获得通知时，通信电路27向驱动能力转换电路26通知信号RXS，如果驱动能力转换电路26接收到信号RXS，则输出能力转换信号DSEL。
图3是表示第一实施方式中的带有驱动能力转换功能的驱动电路的一构成例的电路图，图4是表示第一实施方式中的带有驱动能力转换功能的驱动电路的动作例的真值表。
带有驱动能力转换功能的驱动电路23具有：与非电路NAND1、与电路AND1、反相器电路INV1、P沟道的MOSFET(以下，称为PMOS晶体管)MP1、MP2、N沟道的MOSFET(以下，称为NMOS晶体管)MN1、MN2。
带有驱动能力转换功能的驱动电路23具有输入驱动信号drv的输入端子，该输入端子与反相器电路INV1的输入端子和与非电路NAND1的一个输入端子连接。另外，带有驱动能力转换功能的驱动电路23具有输入能力转换信号DSEL的控制端子，该控制端子与与非电路NAND1的另一个输入端子和与电路AND1的一个输入端子连接。
反相器电路INV1的输出端子与PMOS晶体管MP1以及NMOS晶体管MN1的栅极和与电路AND1的另一个输入端子连接。PMOS晶体管MP1的源极与低侧电源端子VCCL连接，NMOS晶体管MN1的源极与接地端子GND连接。PMOS晶体管MP1以及NMOS晶体管MN1的漏极彼此连接并与输出栅极信号Vg的输出端子连接。
与非电路NAND1的输出端子与PMOS晶体管MP2的栅极连接，与电路AND1的输出端子与NMOS晶体管MN2的栅极连接。PMOS晶体管MP2的源极与低侧电源端子VCCL连接，NMOS晶体管MN2的源极与接地端子GND连接。PMOS晶体管MP2以及NMOS晶体管MN2的漏极彼此连接并与输出栅极信号Vg的输出端子连接。
此处，关于带有驱动能力转换功能的驱动电路23的动作进行说明。首先，在电流检测电路24或者温度检测电路25未检测出特定的电流值或者特定的温度值的情况下，驱动能力转换电路26输出低(L)电平的能力转换信号DSEL。在该情况下，由于与驱动信号drv的逻辑状态无关，与非电路NAND1都输出高(H)电平的信号，所以PMOS晶体管MP2处于截止的状态。另外，由于与驱动信号drv的逻辑状态无关，与电路AND1都输出L电平的信号，所以NMOS晶体管MN2也处于截止的状态。
此处，如果输入H电平的驱动信号drv，则由于反相器电路INV1进行逻辑反相而输出L电平的信号，所以PMOS晶体管MP1成为导通的状态，NMOS晶体管MN1维持截止的状态。由此，栅极信号Vg成为H电平的信号，由PMOS晶体管MP1产生的电流作为拉电流向开关元件XD2的栅极供给。
如果驱动信号drv成为L电平，则反相器电路INV1进行逻辑反相而输出H电平的信号。此时，PMOS晶体管MP1成为截止的状态，NMOS晶体管MN1成为导通的状态。由此，栅极信号Vg成为L电平的信号，NMOS晶体管MN1从开关元件XD2的栅极引入灌电流，并将其流向接地端。
即，如图4的真值表那样，在输入L电平的能力转换信号DSEL的通常动作时，带有驱动能力转换功能的驱动电路23的PMOS晶体管MP2以及NMOS晶体管MN2中的任一个都处于截止的状态。此时，与驱动信号drv的逻辑状态相应地，PMOS晶体管MP1以及NMOS晶体管MN1被导通、截止。
接着，在电流检测电路24或者温度检测电路25检测出特定的电流值或者特定的温度值的情况下，驱动能力转换电路26输出H电平的能力转换信号DSEL。
此处，如果输入H电平的驱动信号drv，则反相器电路INV1进行逻辑反相而输出L电平的信号，PMOS晶体管MP1成为导通的状态，NMOS晶体管MN1成为截止的状态。另外，由于在与非电路NAND1的两个输入端子输入H电平的信号，所以与非电路NAND1输出L电平的信号，并使PMOS晶体管MP2成为导通的状态。由于在与电路AND1的一个输入端子接收到L电平的信号，所以与电路AND1输出L电平的信号，并使NMOS晶体管MN2成为截止的状态。此处，如果PMOS晶体管MP1、MP2能够流通的电流值相同，则由于能够向开关元件XD2的栅极供给的拉电流成为仅由PMOS晶体管MP1产生的电流的两倍，所以驱动能力转换为两倍。
接着，如果输入L电平的驱动信号drv，则反相器电路INV1进行逻辑反相而输出H电平的信号，PMOS晶体管MP1成为截止的状态，NMOS晶体管MN1成为导通的状态。另外，由于在与非电路NAND1的一个输入端子输入L电平的信号，所以与非电路NAND1输出H电平的信号，并使PMOS晶体管MP2成为截止的状态。此时，由于在与电路AND1的两个输入端子接收到H电平的信号，所以与电路AND1输出H电平的信号，并使NMOS晶体管MN2成为导通的状态。此处，如果NMOS晶体管MN1、MN2能够流通的电流值相同，则由于能够从开关元件XD2的栅极引入的灌电流成为仅由NMOS晶体管MN1产生的电流的两倍，所以驱动能力转换为两倍。
图5是表示第一实施方式中的驱动能力转换电路的一构成例的电路图。
驱动能力转换电路26具有或电路OR1、OR2。或电路OR1的第一输入端子与电流检测电路24的输出端子连接，并且接收过电流检测信号OC。或电路OR1的第二输入端子与温度检测电路25的输出端子连接，并且接收过热检测信号OH。或电路OR1的输出端子与或电路OR2的第一输入端子和通信电路27的输入端子连接，并向通信电路27发送信号TXS。或电路OR2的负逻辑的第二输入端子与通信电路27的输出端子连接，并且从通信电路27接收信号RXS。或电路OR2的输出端子与带有驱动能力转换功能的驱动电路23的控制端子连接，并且向带有驱动能力转换功能的驱动电路23发送能力转换信号DSEL。
在或电路OR1接收到检测出特定的电流值或者特定的温度值的H电平的过电流检测信号OC或者过热检测信号OH时，驱动能力转换电路26输出H电平的信号。该H电平的信号作为信号TXS向通信电路27发送，同时，作为能力转换信号DSEL介由或电路OR2向带有驱动能力转换功能的驱动电路23发送。
另外，在驱动能力转换电路26从通信电路27接收到U相驱动装置3的高侧控制电路12、V相驱动装置4以及W相驱动装置5表示通常状态的H电平的信号RXS时，或电路OR2的输出状态依赖于或电路OR1的输出状态。另一方面，在驱动能力转换电路26接收到L电平的信号RXS时，或电路OR2的输出状态与或电路OR1的输出状态无关，输出H电平的能力转换信号DSEL。
图6是表示第一实施方式中的通信电路的一构成例的电路图。
通信电路27具有缓冲器电路BUF1以及NMOS晶体管MN11(开关元件)。缓冲器电路BUF1的输入端子介由总线MLBus_U与同步桥电路6连接，缓冲器电路BUF1的输出端子与接收信号RXS的驱动能力转换电路26的输入端子连接。
NMOS晶体管MN11的栅极端子与输出信号TXS的驱动能力转换电路26的输出端子连接。NMOS晶体管MN11的漏极端子介由缓冲器电路BUF1的输入端子以及总线MLBus_U与同步桥电路6连接。NMOS晶体管MN11的源极端子与接地端连接。
在通信电路27中，在驱动能力转换电路26未接收到H电平的过电流检测信号OC或者过热检测信号OH的通常动作时，NMOS晶体管MN11在其栅极端子接收到L电平的信号TXS而处于截止的状态。
另外，在U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5进行通常动作时，由于总线MLBus_U为H电平，所以在通信电路27中，缓冲器电路BUF1向驱动能力转换电路26输出H电平的信号RXS。
另外，如果通信电路27从驱动能力转换电路26接收到H电平的信号TXS，则NMOS晶体管MN11成为导通的状态，使总线MLBus_U的电平成为L电平，并且向同步桥电路6通知驱动能力转换电路26正输出能力转换信号DSEL这一情况。相反地，如果总线MLBus_U的电平成为L电平，则通信电路27的缓冲器电路BUF1输出L电平的信号RXS，并向驱动能力转换电路26通知由其他的驱动装置正输出能力转换信号DSEL这一情况。
图7是表示第一实施方式中的同步桥电路的一构成例的电路图，图8是说明由同步桥电路实现的同步状态的波形图。
同步桥电路6具有上拉电阻Rpull以及电平转换电路30。应予说明，电平转换电路30具有用于U相、V相以及W相的三个电路，但是，此处，共用一个进行表示。
上拉电阻Rpull的一个端子与连接到电源VP2的正极端子而被供给电压VCCL的导线连接，上拉电阻Rpull的另一个端子与公共总线MBus(公共连接部)连接。与U相驱动装置3的低侧控制电路14的通信电路27连接的总线MLBus_U与该公共总线MBus连接。另外，公共总线MBus与连接到V相驱动装置4的低侧控制电路的总线MLBus_V、连接到W相驱动装置5的低侧控制电路的总线MLBus_W以及电平转换电路30连接。
电平转换电路30与连接到U相驱动装置3的高侧控制电路12的总线MHBus_U、连接到V相驱动装置4以及W相驱动装置5的高侧控制电路的总线MHBus_V、MHBus_W连接。另外，电平转换电路30与U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5的高侧电源端子VB_U、VB_V、VB_W以及高侧基准电位端子VS_U、VS_V、VS_W连接。
根据该同步桥电路6，U相驱动装置3的低侧控制电路14、和V相驱动装置4以及W相驱动装置5的低侧控制电路介由总线MLBus_U、MLBus_V、MLBus_W与公共总线MBus直接连接。U相驱动装置3的高侧控制电路12、和V相驱动装置4以及W相驱动装置5的高侧控制电路介由总线MHBus_U、MHBus_V、MHBus_W以及电平转换电路30与公共总线MBus连接。即，总线MLBus_U、MLBus_V、MLBus_W和电平转换电路30通过与公共总线MBus连接，来构成线或电路。因而，在U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5进行通常动作时，公共总线MBus通过上拉电阻Rpull被上拉为H电平。另外，如果与公共总线MBus连接的总线中的任一个成为L电平，则与公共总线MBus连接的所有的总线成为L电平。
接着，参照图8说明在发生驱动能力的转换的情况下的同步桥电路6的动作。首先，在该功率模块内的所有的电流检测电路或者温度检测电路未检测出特定的电流值或者特定的温度值时，所有的总线成为H电平。
此处，假设在时刻t0，在U相驱动装置3的低侧控制电路14中发生了驱动能力的转换。此时，由于U相驱动装置3的低侧的总线MLBus_U下降为L电平，所以与此同时，公共总线MBus、V相驱动装置4以及W相驱动装置5的总线MLBus_V、MLBus_W的电平也下降为L电平。该公共总线MBus的电平的下降被传递到V相驱动装置4以及W相驱动装置5的低侧控制电路，因此进行驱动能力的转换。
另外，该公共总线MBus的电平的下降介由电平转换电路30以及总线MHBus_U、MHBus_V、MHBus_W向U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5的高侧控制电路传递。此时，由于存在电平转换电路30中的信号处理，所以总线MHBus_U、MHBus_V、MHBus_W的电平下降迟于时刻t0而从时刻t1开始。如果该总线MHBus_U、MHBus_V、MHBus_W的电平下降传递到U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5的高侧控制电路，则在各高侧控制电路进行驱动能力的转换。
这样，同步桥电路6与所有相的低侧控制电路以及高侧控制电路连接，在其中一个控制电路发生了驱动能力转换的情况下，在该时刻其余的所有控制电路中一并被通知驱动能力转换。由此，由于与在所有的相的低侧控制电路以及高侧控制电路中的一个中发生了驱动能力转换时同步地其余的所有的控制电路也进行驱动能力转换，所以不会使相间的驱动能力产生失衡。
如果在时刻t2，在U相驱动装置3的低侧控制电路14中通常的驱动能力复原，并且总线MLBus_U的电平成为H电平，则总线MLBus_V、MLBus_W的电平也恢复为H电平。与此同步，在V相驱动装置4以及W相驱动装置5的低侧控制电路中，通常的驱动能力也复原。总线MHBus_U、MHBus_V、MHBus_W的电平下降在迟于时刻t2的时刻t3开始向H电平的变化，之后，U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5的高侧控制电路的驱动能力复原。
图9是表示第一实施方式中的同步桥电路的电平转换电路的一构成例的电路图，图10是说明由电平转换电路实现的同步状态的波形图。
同步桥电路6的电平转换电路30具有U相电平转换电路31、V相电平转换电路32以及W相电平转换电路33。由于U相电平转换电路31、V相电平转换电路32以及W相电平转换电路33分别具有相同的构成，所以，此处关于U相电平转换电路31进行说明。
U相电平转换电路31具有高侧电路31a以及低侧电路31b。另外，U相电平转换电路31与公共总线MBus以及总线MHBus_U连接，并且具有高侧电源端子VB、高侧基准电位端子VS、低侧电源端子VCCL以及接地端子GND。
高侧电路31a具有上拉电阻PUR1，并且该上拉电阻PUR1的一个端子与高侧电源端子VB连接，另一个端子与总线MHBus_U以及三态缓冲器电路TBUF1的输入端子连接。三态缓冲器电路TBUF1的输出端子与上拉电阻PUR2的一个端子以及缓冲器电路BUF2的输入端子连接。上拉电阻PUR2的另一个端子与高侧电源端子VB连接。缓冲器电路BUF2的输出端子与高耐压的PMOS晶体管HVP的栅极连接，PMOS晶体管HVP的源极与高侧电源端子VB连接。
另外，高侧电路31a具有电平位移电阻LSR1，并且该电平位移电阻LSR1的一个端子与高侧电源端子VB连接，另一个端子与反相器电路INV1的输入端子以及二极管D3的阴极连接。二极管D3的阳极与高侧基准电位端子VS连接。反相器电路INV1的输出端子与缓冲器电路BUF3的输入端子以及三态缓冲器电路TBUF1的控制端子连接。缓冲器电路BUF3的输出端子与NMOS晶体管MN21的栅极连接。NMOS晶体管MN21的漏极与总线MHBus_U连接，NMOS晶体管MN21的源极与高侧基准电位端子VS连接。
低侧电路31b具有三态反相器电路TINV1，该三态反相器电路TINV1的输入端子与公共总线MBus连接，三态反相器电路TINV1的输出端子与下拉电阻PDR1的一个端子以及缓冲器电路BUF4的输入端子连接。下拉电阻PDR1的另一个端子与接地端连接。缓冲器电路BUF4的输出端子与高耐压的NMOS晶体管HVN的栅极连接。NMOS晶体管HVN的漏极与高侧电路31a的电平位移电阻LSR1的另一个端子连接，NMOS晶体管HVN的源极与接地端连接。
另外，低侧电路31b具有电平位移电阻LSR2，并且该电平位移电阻LSR2的一个端子与高侧电路31a的PMOS晶体管HVP的漏极、稳压二极管ZD的阴极和缓冲器电路BUF5的输入端子连接。稳压二极管ZD的阳极以及电平位移电阻LSR2的另一个端子分别与接地端连接。缓冲器电路BUF5的输出端子与缓冲器电路BUF6的输入端子以及三态反相器电路TINV1的控制端子连接。缓冲器电路BUF6的输出端子与NMOS晶体管MN22的栅极连接。NMOS晶体管MN22的漏极与三态反相器电路TINV1的输入端子连接，NMOS晶体管MN22的源极与接地端连接。
应予说明，高侧电路31a的PMOS晶体管HVP和低侧电路31b的电平位移电阻LSR2以及稳压二极管ZD构成向低侧电路31b传递高侧电路31a的信息的降电平电路。另外，高侧电路31a的电平位移电阻LSR1和低侧电路31b的NMOS晶体管HVN构成向高侧电路31a传递低侧电路31b的信息的升电平电路。
如图10所示，在以上的构成中，在U相驱动装置3、V相驱动装置4以及W相驱动装置5均不进行驱动能力的转换的通常动作时，公共总线MBus以及U相驱动装置3的总线MHBus_U是H电平。此时，在低侧电路31b中，缓冲器电路BUF4的输入输出的信号MBus1、MBus2、缓冲器电路BUF6的输入输出的信号MHTx1、MHTx2以及降电平电路的信号MHTx是L电平。在高侧电路31a中，缓冲器电路BUF2的输入输出的信号MHB1、MHB2、缓冲器电路BUF3的输入输出的信号MHRx1、MHRx2以及升电平电路的信号MHRx是H电平。
此处，例如，如果U相驱动装置3的低侧控制电路14进行驱动能力的转换而公共总线MBus成为L电平，则在U相电平转换电路31的低侧电路31b中，三态反相器电路TINV1输出的信号MBus1成为H电平。之后，缓冲器电路BUF4也输出H电平的信号MBus2，使NMOS晶体管HVN成为导通的状态。由此，在高侧电路31a中，由于反相器电路INV1接收L电平的信号MHRx，所以反相器电路INV1输出H电平的信号MHRx1，并且缓冲器电路BUF3通过H电平的信号MHRx2使NMOS晶体管MN21成为导通的状态。因此，总线MHBus_U成为L电平，该L电平的信号向高侧控制电路12的通信电路传递，进行驱动能力的转换。此时，高侧电路31a的三态缓冲器电路TBUF1在其控制端子接收到H电平的信号而输出成为高阻抗，并且不会向缓冲器电路BUF2传递总线MHBus_U的逻辑电平的变化。
之后，如果进行了驱动能力的转换的低侧控制电路14将驱动能力恢复到通常而公共总线MBus恢复为H电平，则NMOS晶体管HVN成为截止的状态，并且从低侧电路31b向高侧电路31a的信息传递被停止。
另一方面，例如，如果U相驱动装置3的高侧控制电路12进行驱动能力的转换而总线MHBus_U成为L电平，则在U相电平转换电路31的高侧电路31a中，三态缓冲器电路TBUF1输出L电平的信号MHB1。之后，缓冲器电路BUF2也输出L电平的信号MHB2，并且使PMOS晶体管HVP成为导通的状态。由此，在低侧电路31b中，由于缓冲器电路BUF5接收H电平的信号MHTx，所以缓冲器电路BUF5输出H电平的信号MHTx1，并且缓冲器电路BUF6通过H电平的信号MHTx2使NMOS晶体管MN22成为导通的状态。因此，公共总线MBus成为L电平，该L电平的信号向低侧控制电路14的通信电路27传递。此时，低侧电路31b的三态反相器电路TINV1在其控制端子接收到H电平的信号而输出成为高阻抗，并且不会向缓冲器电路BUF4传递公共总线MBus的逻辑电平的变化。
之后，如果进行了驱动能力的转换的高侧控制电路12将驱动能力恢复到通常而总线MHBus_U恢复为H电平，则PMOS晶体管HVP成为截止的状态，并且从高侧电路31a向低侧电路31b的信息传递被停止。
<第二实施方式>
图11是表示第二实施方式中的同步桥电路的电平转换电路的一构成例的电路图。应予说明，在该图11中，关于与在图9示出的构成要素相同的构成要素标注相同的符号而省略其详细的说明。
第二实施方式的功率模块与第一实施方式的功率模块相比仅改变同步桥电路6的电平转换电路30。在第二实施方式的功率模块中，同步桥电路6的电平转换电路30具有U相电平转换电路34、V相电平转换电路35以及W相电平转换电路36。由于U相电平转换电路34、V相电平转换电路35以及W相电平转换电路36分别具有相同的构成，所以此处关于U相电平转换电路34进行说明。
该U相电平转换电路34具有高侧电路34a以及低侧电路34b。另外，U相电平转换电路34具有在高侧电路34a与低侧电路34b之间进行双向信号传递的光耦合器驱动电路34c。
该光耦合器驱动电路34c具有升电平电路，所述升电平电路向高侧电路34a的反相器电路INV1的输入端子供给低侧电路34b的缓冲器电路BUF4所输出的信号MBus2。另外，光耦合器驱动电路34c具有降电平电路，所述降电平电路向低侧电路34b的反相器电路INV2的输入端子供给高侧电路34a的缓冲器电路BUF2所输出的信号MHB2。升电平电路以及降电平电路由光耦合器那样的隔离元件构成。
根据该U相电平转换电路34，除了通过光耦合器驱动电路34c进行高侧电路34a与低侧电路34b之间的信号传递以外，进行与第一实施方式中的U相电平转换电路31相同的动作。
<第三实施方式>
图12是表示第三实施方式中的同步桥电路的电平转换电路的一构成例的电路图。应予说明，在该图12中，关于与图11示出的构成要素相同的构成要素标注相同的符号而省略其详细的说明。
第三实施方式的功率模块与第二实施方式的功率模块相比仅改变同步桥电路6的电平转换电路30。第三实施方式的电平转换电路30具有U相电平转换电路37、V相电平转换电路38以及W相电平转换电路39。由于U相电平转换电路37、V相电平转换电路38以及W相电平转换电路39分别具有相同的构成，所以此处关于U相电平转换电路37进行说明。
该U相电平转换电路37具有高侧电路37a以及低侧电路37b，并且在高侧电路37a与低侧电路37b之间配置有由隔离元件所构成的隔离器驱动电路37c。
隔离器驱动电路37c具有升电平电路，所述升电平电路向高侧电路37a的反相器电路INV1的输入端子供给低侧电路37b的缓冲器电路BUF4所输出的信号MBus2。另外，隔离器驱动电路37c具有降电平电路，所述降电平电路向低侧电路37b的缓冲器电路BUF5的输入端子供给高侧电路37a的缓冲器电路BUF2所输出的信号MHB2。升电平电路以及降电平电路分别由变压器那样的隔离元件构成。
根据该U相电平转换电路37，除了通过隔离器驱动电路37c进行高侧电路37a与低侧电路37b之间的信号传递以外，进行与第一实施方式中的U相电平转换电路31相同的动作。
<第四实施方式>
图13是表示第四实施方式中的同步桥电路的电平转换电路的一构成例的电路图。应予说明，在该图13中，关于与图11所示的构成要素相同的构成要素标注相同的符号而省略其详细的说明。
在第四实施方式的功率模块中，同步桥电路6的电平转换电路30具有U相电平转换电路40、V相电平转换电路41以及W相电平转换电路42。由于U相电平转换电路40、V相电平转换电路41以及W相电平转换电路42分别具有相同的构成，所以此处关于U相电平转换电路40进行说明。
该U相电平转换电路40不使用升电平电路以及降电平电路那样的电平位移电路而将高侧电路40a与低侧电路40b直接连结。因而，在施加于包括高侧驱动元件11以及低侧驱动元件13的半桥输出电路的电源8的电压低的情况下，该第四实施方式的功率模块是有用的。
关于该U相电平转换电路40而言，低侧电路40b的缓冲器电路BUF4的输出端子与高侧电路40a的反相器电路INV1的输入端子连接，并且直接向反相器电路INV1供给缓冲器电路BUF4所输出的信号MHRx。另外，关于U相电平转换电路40而言，高侧电路40a的缓冲器电路BUF2的输出端子与低侧电路40b的反相器电路INV2的输入端子连接，并且直接向反相器电路INV2供给缓冲器电路BUF2所输出的信号MHTx。
根据该U相电平转换电路40，除了直接进行高侧电路40a与低侧电路40b之间的信号传递以外，进行与第一实施方式中的U相电平转换电路31相同的动作。
关于上述而言，仅表示本发明的原理。进而，对于本领域技术人员而言可以实现多种变形、变更，本发明并不限定于上述所示、所说明的确切的构成以及应用例，对应的所有的变形例以及等效物均被视为由所附的权利要求及其等效物所确定的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种功率模块，其特征在于，具备多个驱动装置，
所述多个驱动装置的每一个具有：
驱动负载的高侧驱动元件以及低侧驱动元件；
高侧控制电路，其控制所述高侧驱动元件；以及
低侧控制电路，其控制所述低侧驱动元件，
所述高侧控制电路以及所述低侧控制电路分别具有：
异常检测电路，其检测所述高侧驱动元件以及所述低侧驱动元件的异常状态；
带有能力转换功能的驱动电路，其转换所述高侧驱动元件以及所述低侧驱动元件的驱动能力；以及
驱动能力转换电路，其在所述异常检测电路检测出异常状态时，转换所述带有能力转换功能的驱动电路的驱动能力，
在多个所述异常检测电路中的任一个检测出异常状态时，所有的所述带有能力转换功能的驱动电路转换所述高侧驱动元件以及所述低侧驱动元件的驱动能力。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，具备：
同步桥电路，其与多个所述驱动装置的所述高侧控制电路以及所述低侧控制电路连接，
在所述异常检测电路中的任一个检测出异常状态时，介由所述同步桥电路对除了具有检测出异常状态的所述异常检测电路的所述高侧控制电路或者所述低侧控制电路以外的所有的所述高侧控制电路以及所述低侧控制电路通知异常状态的检测出。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，
所述高侧控制电路以及所述低侧控制电路具有通信电路，所述通信电路在所述异常检测电路检测出所述高侧驱动元件或者所述低侧驱动元件的异常状态时向所述同步桥电路发送异常状态的检测出，并且所述通信电路从所述同步桥电路接收其他的所述高侧控制电路以及所述低侧控制电路中的一个检测出的异常状态。
4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，
所述同步桥电路具有与所有的所述通信电路连接的公共连接部，在进行通常动作时所述公共连接部维持为第一电压电平，在从所述高侧控制电路以及所述低侧控制电路中的一个发送来异常状态的检测出时，所述公共连接部转换为第二电压电平并且向除了发送出异常状态的检测出的所述高侧控制电路或者所述低侧控制电路以外的所有的所述高侧控制电路以及所述低侧控制电路通知异常状态的检测出。
5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，
所述同步桥电路具有上拉电阻，将所述公共连接部的电位设定为作为所述电源的电压的所述第一电压电平，所述上拉电阻的一端与所述公共连接部连接且另一端与所述低侧控制电路的电源连接。
6.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，
所述通信电路具有：缓冲器电路，其接收所述第一电压电平或者所述第二电压电平的信号并将其向所述驱动能力转换电路传递；以及开关元件，其接收异常状态的检测出并将所述公共连接部的电位从所述第一电压电平转换为所述第二电压电平。
7.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，
所述同步桥电路在所述公共连接部与所述高侧控制电路的所述通信电路之间具有电平转换电路。
8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，
所述电平转换电路具有：高侧电路，其与所述高侧控制电路的所述通信电路连接并处理高侧信息；以及低侧电路，其与所述公共连接部连接并处理低侧信息，所述高侧电路以及所述低侧电路构成为彼此传递所述高侧信息以及所述低侧信息。
9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，
所述高侧电路在向所述低侧电路传递所述高侧信息以及从所述低侧电路接收所述低侧信息时，停止所述高侧信息的向所述低侧电路的传递，所述低侧电路在向所述高侧电路传递所述低侧信息以及从所述高侧电路接收所述高侧信息时，停止所述低侧信息的向所述低侧电路的传递。
10.根据权利要求9所述的功率模块，其特征在于，
在所述高侧电路与所述低侧电路之间具有将所述低侧信息进行升电平的升电平电路和将所述高侧信息进行降电平的降电平电路。
11.根据权利要求10所述的功率模块，其特征在于，
所述升电平电路具有：由所述低侧信息控制的第一高耐压晶体管：以及一端与所述高侧控制电路的电源连接且另一端与所述第一高耐压晶体管连接的第一电平位移电阻，所述降电平电路具有：由所述高侧信息控制的第二高耐压晶体管；以及一端与所述低侧控制电路的接地端连接且另一端与所述第二高耐压晶体管连接的第二电平位移电阻。
12.根据权利要求10所述的功率模块，其特征在于，
所述升电平电路具有向所述高侧电路传递所述低侧信息的第一隔离元件和向所述低侧电路传递所述高侧信息的第二隔离元件。
13.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，
所述异常检测电路具有检测所述高侧驱动元件或者所述低侧驱动元件的过电流状态的电流检测电路，并且在所述电流检测电路检测出过电流状态时，所述驱动能力转换电路转换所述带有能力转换功能的驱动电路的驱动能力。
14.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，
所述异常检测电路具有检测所述高侧驱动元件或者所述低侧驱动元件的过热状态的温度检测电路，并且在所述温度检测电路检测出过热状态时，所述驱动能力转换电路转换所述带有能力转换功能的驱动电路的驱动能力。
15.一种功率模块的电平转换电路，其特征在于，具备：
第一传递电路，其向高侧控制电路传递表示低侧控制电路的异常的低侧信息；以及
第二传递电路，其向所述低侧控制电路传递表示所述高侧控制电路的异常的高侧信息，
在所述第二传递电路传递所述高侧信息时，所述第一传递电路停止所述低侧信息的传递，
在所述第一传递电路传递所述低侧信息时，所述第二传递电路停止所述高侧信息的传递。
16.根据权利要求15所述的功率模块的电平转换电路，其特征在于，
所述第一传递电路具有将所述低侧信息进行升电平的升电平电路，所述第二传递电路具有将所述高侧信息进行降电平的降电平电路。
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