-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treiberschaltung.
-
Hintergrund
-
Pegelumsetzerschaltungen zur Umsetzung des Pegels eines Treibersignals von einer Niedrigpotentialseite zu einer Hochpotentialseite werden eingesetzt, um einen Halbleiterschalter auf der Hochpotentialseite in Treiberschaltungen wie Wechselrichtervorrichtungen anzusteuern. Allgemein werden HVICs (High Voltage Integrated Circuits), Optokoppler, Mikrotransformatoren und dergleichen als solche Pegelumsetzer eingesetzt (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1:
JP 2003-115752 A ).
-
Ein HVIC ist aus einem PN-Übergang aufgebaut und überträgt ein Signal elektrisch mittels einer Halbleitervorrichtung wie einem MOSFET. Ein Optokoppler ist aus einer lichtemittierenden Vorrichtung wie einer lichtemittierenden Diode und einer lichtempfangenden Vorrichtung wie einem Phototransistor aufgebaut und überträgt ein elektrisches Signal, indem es in Licht umgewandelt wird. Ein Mikrotransformator ist aus einer Spule aufgebaut und überträgt ein elektrisches Signal, indem es in Magnetismus umgewandelt wird.
-
Da die Hochpotentialseite des HVIC von der Niedrigpotentialseite jedoch nicht elektrisch isoliert ist, kann Rauschen auf der Hochpotentialseite zur Niedrigpotentialseite übertragen werden. Da der Optokoppler eine 2-Chip-Konfiguration besitzt, die die lichtemittierende Vorrichtung und die lichtempfangende Vorrichtung umfasst, ist es schwierig, den Optokoppler zu miniaturisieren. Der Mikrotransformator ist wie der Optokoppler ebenfalls aus einer Mehrzahl von Chips aufgebaut, wodurch der Mikrotransformator nicht nur schwierig zu miniaturisieren ist, sondern auch teurer ist, als der HVIC und der Optokoppler.
-
Aus
JP 2014 -
79 075 A ist ein Stromkreis bekannt, welcher eine elektrothermische Umwandlungseinrichtung, die primäre elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt, und eine thermoelektrische Umwandlungseinrichtung aufweist, die Wärmeenergie empfängt, die durch die elektrothermische Umwandlungseinrichtung erzeugt wird, und die Wärmeenergie in elektrische Energie umwandelt. Ein Wärmeleitungsmittel ist zwischen dem elektrothermischen Umwandlungsmittel und dem thermoelektrischen Umwandlungsmittel angeordnet, um Wärmeleitungs- und elektrische Isolationseigenschaften zu haben.
-
Aus
US 2006 / 0 260 793 A1 ist ein Wärmemanagementsystem bekannt, welches einen ersten Wärmeübertragungskörper zum Bereitstellen eines entgegengesetzten Wärmeflusses zu mindestens einem lokalisierten Bereich mit erhöhtem Wärmefluss umfasst, der neben einem Bereich mit geringerem Fluss liegt, wie beispielsweise auf einer Oberfläche eines Schaltungschips aufgrund eines Hotspots für integrierte Schaltungen.
-
Aus
EP 1 045 233 A2 ist eine thermische Funktionsvorrichtung zum Ermöglichen einer schnelleren thermischen Reaktionsgeschwindigkeit bekannt. Ein thermoelektrisches Element, das Wärme in ein elektrisches Signal umwandelt, und ein elektrothermisches Element, das dem thermoelektrischen Element benachbart ist und ein elektrisches Signal in Wärme umwandelt, sind auf der Membran der thermischen Funktionsvorrichtung angeordnet. Ein thermoelektrisches Referenzelement ist außerhalb der Membran angeordnet und gibt ein Referenzsignal aus. Diese Referenzsignale und die Ausgangssignale des thermoelektrischen Elements werden verglichen, und dem elektrothermischen Element wird ein Kompensationssignal zugeführt, das die Differenz zwischen den beiden Signalen kompensiert. Durch Anlegen von Wärmeenergie an die Membran ändert sich das Ausgangssignal des thermoelektrischen Elements, und dem elektrothermischen Element wird ein Kompensationssignal zugeführt, das der damit einhergehenden Änderung der Differenz zwischen Ausgangssignal und Referenzsignal entspricht. Mit der Zufuhr des Kompensationssignals wird das elektrothermische Element so angesteuert, dass die an die Membran angelegte Wärmeenergie ausgeglichen wird, wodurch die Membran auf einer festen Temperatur gehalten wird.
-
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treiberschaltung bereitzustellen, die elektrisch isoliert und kompakt ist, und geringe Kosten verursacht.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.
-
In der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Signal in Wärme umgewandelt und die Wärme wird zwischen unterschiedlichen Bezugspotentialen, die elektrisch isoliert im Isolierbereich vorliegen, übertragen und das Signal wird dadurch übertragen. Da die Hochpotentialseite elektrisch isoliert ist von der Niedrigpotentialseite, wird ein Rauschen auf der Hochpotentialseite niemals zur Niedrigpotentialseite übertragen. Da die Schaltung auf einem einzelnen Chip angeordnet werden kann, ist eine Integration möglich und die Schaltung kann miniaturisiert werden. Darüber hinaus kann die Schaltung mittels eines Niedrigkostenhalbleiterprozesses realisiert werden.
-
Andere und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung verdeutlicht.
-
Figurenliste
-
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
- 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Pegelumsetzerschaltung der Treiberschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 3 ist eine Querschnittsansicht, die ein erstes Beispiel einer Wärmeleitungssektion gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites Beispiel der Wärmeleitungssektion gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Pegelumsetzerschaltung und die Sekundärseitenschaltung der Treiberschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Pegelumsetzerschaltung und eine Sekundärseitenschaltung der Treiberschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 9 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 11 ist ein Blockdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Beschreibung der Ausführungsformen
-
Eine Pegelumsetzerschaltung und eine Treiberschaltung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. Identische Komponenten werden durch dieselben Symbole gekennzeichnet und ihre wiederholte Beschreibung kann ausgelassen werden.
-
Erste Ausführungsform.
-
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Treiberschaltung steuert ein Halbleiterschaltgerät auf der Hochpotentialseite an, das sich in einem Wechselrichtergerät oder dergleichen befindet. Eine Primärseitenschaltung 1 gibt ein elektrisches Signal LSIN mit einem ersten Bezugspotential GND als Referenz entsprechend einem Eingangssignal IN aus. Eine Pegelumsetzerschaltung 2 wandelt das elektrische Signal LSIN, welches von der Primärseitenschaltung 1 ausgegeben wird, in ein elektrisches Signal LSOUT mit einem zweiten Bezugspotential VS um, welches unterschiedlich ist zum ersten Bezugspotential GND als Referenz. Eine Sekundärseitenschaltung 3 gibt ein Treibersignal OUT mit dem zweiten Bezugspotential VS als Referenz aus, entsprechend dem elektrischen Signal LSOUT, welches von der Pegelumsetzerschaltung 2 an eine Steuerklemme des Schaltgeräts ausgegeben wird.
-
2 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Pegelumsetzerschaltung der Treiberschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Wärmeleitungssektion 4 umfasst einen elektrothermischen Wandler 5, einen thermoelektrischen Wandler 6 und einen Isolierbereich 7. Der elektrothermische Wandler 5 wandelt das elektrische Signal LSIN in Wärme um. Der thermoelektrische Wandler 6 wandelt die Wärme des elektrothermischen Wandlers 5 in das elektrische Signal LSOUT um. Der Isolierbereich 7 ist ein Isolator oder dergleichen, der den elektrothermischen Wandler 5 vom thermoelektrischen Wandler 6 elektrisch isoliert, und die Wärme, die im elektrothermischen Wandler 5 generiert wird, an den thermoelektrischen Wandler 6 überträgt.
-
Eine elektrothermische Wandlerschaltung 8 schaltet einen Schalter 9 entsprechend dem elektrischen Signal LSIN. Wenn das elektrische Signal LSIN beispielsweise „high“ ist, wird der Schalter 9 in einen leitenden Zustand versetzt und führt dem elektrothermischen Wandler 5 einen Strom einer Konstantstromquelle 10 zu. Der elektrothermische Wandler 5 ist eine Diode. Wenn ein Strom durch die Diode fließt, wird Leistung aufgenommen und dadurch Wärme generiert.
-
Durch die Wärme des elektrothermischen Wandlers 5 ändert sich eine Temperatur des thermoelektrischen Wandlers 6. Die elektrische Charakteristik des thermoelektrischen Wandlers 6, der eine Diode ist, ändert sich dadurch und eine Anodenspannung Vs1 des thermoelektrischen Wandlers 6 ändert sich. In einer thermoelektrischen Wandlerschaltung 11 wird dem thermoelektrischen Wandler 6 ein Strom einer Konstantstromquelle 12 zugeführt und eine Veränderung der Anodenspannung Vs1 des thermoelektrischen Wandlers 6, die durch eine Veränderung der Temperatur der Vorrichtung verursacht wird, wird durch einen Inverter 13 ermittelt. Wenn beispielsweise die Anodenspannung Vs1 des thermoelektrischen Wandlers 6 aufgrund einer Zunahme der Temperatur der Vorrichtung abnimmt und unter eine Schwelle des Inverters 13 fällt, wird das elektrische Signal LSOUT „high“. Es sei angemerkt, dass der elektrothermische Wandler 5 und der thermoelektrische Wandler 6 nicht auf Dioden beschränkt sind, sondern dass diese auch Widerstände, Transistoren und dergleichen sein können.
-
Wie oben beschrieben wird in der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Signal in Wärme umgewandelt und die Wärme wird zwischen unterschiedlichen Bezugspotentialen, die durch den Isolierbereich 7 elektrisch isoliert sind, übertragen und das Signal wird dadurch übertragen. Da die Hochpotentialseite elektrisch isoliert ist von der Niedrigpotentialseite, wird ein Rauschen auf der Hochpotentialseite niemals zur Niedrigpotentialseite übertragen. Da die Schaltung auf einem einzelnen Chip angeordnet werden kann, ist eine Integration möglich und die Schaltung kann miniaturisiert werden. Darüber hinaus kann die Schaltung mittels eines Niedrigkostenhalbleiterprozesses realisiert werden.
-
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein erstes Beispiel einer Wärmeleitungssektion gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein erster N-Typ Halbleiterbereich 15 und ein zweiter N-Typ Halbleiterbereich 16 werden auf einem N-Typ Halbleitersubstrat 14 ausgebildet. Der erste Halbleiterbereich 15 und der zweite Halbleiterbereich 16 sind voneinander durch den Isolierbereich 7 elektrisch isoliert. Der Isolierbereich 7 ist zum Beispiel eine Oxid-Schicht. Der elektrothermische Wandler 5 ist im ersten Halbleiterbereich 15 ausgebildet und der thermoelektrische Wandler 6 ist im zweiten Halbleiterbereich 16 ausgebildet. Auf diese Weise kann eine Wärmeleitung zwischen dem ersten Halbleiterbereich 15 und dem zweiten Halbleiterbereich 16 realisiert werden.
-
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites Beispiel der Wärmeleitungssektion gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein N-Typ Halbleiterbereich 18 wird auf einem P -Typ Halbleitersubstrat 17 ausgebildet. Ein laminierter Bereich 19 wird oberhalb des N-Typ Halbleiterbereichs 18 ausgebildet. Der N-Typ Halbleiterbereich 18 und der laminierte Bereich 19 sind mittels des Isolierbereichs 7 voneinander isoliert. Der elektrothermischen Wandler 5 ist im N-Typ Halbleiterbereich 18 ausgebildet und der thermoelektrische Wandler 6 ist im laminierten Bereich 19 ausgebildet. Auf diese Weise kann eine Wärmeleitung zwischen dem N-Typ Halbleiterbereich 18 und dem laminierten Bereich 19 realisiert werden. In 3 und 4 werden der elektrothermischen Wandler 5, der thermoelektrische Wandler 6 und der Isolierbereich 7 auf einem einzelnen Chip ausgebildet, wodurch die isolierten Vorrichtungen integriert werden können. Es sei darauf hingewiesen, dass die elektrothermische Wandlerschaltung 8, die thermoelektrische Wandlerschaltung 11, die Primärseitenschaltung 1 und die Sekundärseitenschaltung 3 ebenfalls auf einem einzelnen Chip ausgebildet werden können.
-
Zweite Ausführungsform.
-
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Primärseitenschaltung 1 gibt ein elektrisches Signal LSINON aus, welches mit einem Eingangssignal IN synchronisiert ist, und ein elektrisches Signal LSINOFF, welches mit einem Signal synchronisiert ist, das durch eine Invertierung des Eingangssignals gewonnen wird. Die Pegelumsetzerschaltung 2 wandelt das elektrische Signal LSINON und das elektrische Signal LSINOFF mit dem ersten Bezugspotential GND als Referenz in ein elektrisches Signal LSOUTON und ein elektrisches Signal LSOUTOFF mit dem zweiten Bezugspotential VS Referenz um. Die Sekundärseitenschaltung 3 gibt das Treibersignal OUT mit dem zweiten Bezugspotential VS als Referenz entsprechend dem elektrischen Signal LSOUTON aus und das elektrische Signal LSOUTOFF, welches von der Pegelumsetzerschaltung 2 eingespeist wird.
-
6 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Pegelumsetzerschaltung und die Sekundärseitenschaltung der Treiberschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Wärmeleitungssektion 4 wandelt der elektrothermische Wandler 5 das elektrische Signal LSINON in Wärme um und der thermoelektrische Wandler 6 wandelt die Wärme des elektrothermischen Wandlers 5 in das elektrische Signal LSOUTON um. Eine Wärmeleitungssektion 20 umfasst einen elektrothermischen Wandler 21, einen thermoelektrischen Wandler 22 und einen Isolierbereich 23. Der elektrothermische Wandler 21 wandelt das elektrische Signal LSINOFF in Wärme um. Der thermoelektrische Wandler 22 wandelt die Wärme des elektrothermischen Wandlers 21 in das elektrische Signal LSOUTOFF um. Der Isolierbereich 23 ist ein Isolator oder dergleichen, der den elektrothermischen Wandler 21 vom thermoelektrischen Wandler 22 elektrisch isoliert und die Wärme, die im elektrothermischen Wandler 21 generiert wird, an den thermoelektrischen Wandler 22 überträgt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Isolierbereiche 7 und 23 zu einem einzigen Bereich integriert werden können.
-
Die elektrothermische Wandlerschaltung 8 schaltet den Schalter 9 entsprechend dem elektrischen Signal LSINON und schaltet eine Stromzufuhr von der Konstantstromquelle 10 zum elektrothermischen Wandler 5. Die elektrothermische Wandlerschaltung 24 schaltet den Schalter 25 entsprechend dem elektrischen Signal LSINOFF und schaltet eine Stromzufuhr von der Konstantstromquelle 26 zum elektrothermischen Wandler 21. Wenn das Eingangssignal IN zum Beispiel „high“ ist, wird das elektrische Signal LSINON „high“, der Schalter 9 wird in einen leitenden Zustand versetzt und der elektrothermische Wandler 5 erzeugt dadurch Wärme. Auf der anderen Seite, wenn das Eingangssignal IN „low“ ist, wird das elektrische Signal LSINOFF „high“, der Schalter 25 wird in einen leitenden Zustand versetzt und der elektrothermischen Wandler 21 erzeugt dadurch Wärme. Indem die elektrothermische Wandlerschaltung 8 und die elektrothermische Wandlerschaltung 24 separat betrieben werden, ist es somit möglich, EIN und AUS des Eingangssignals IN komplementär zu übertragen.
-
In der thermoelektrischen Wandlerschaltung 11 wird der Strom der Konstantstromquelle 12 dem thermoelektrischen Wandler 6 zur Verfügung gestellt und die Anodenspannung Vs1 des thermoelektrischen Wandlers 6, die sich entsprechend der Temperatur der Vorrichtung ändert, wird als elektrisches Signal LSOUTON ausgegeben. In einer thermoelektrischen Wandlerschaltung 27 wird der Strom der Konstantstromquelle 28 dem thermoelektrischen Wandler 22 zur Verfügung gestellt und die Anodenspannung Vs2 des thermoelektrischen Wandlers 22, die sich entsprechend der Temperatur der Vorrichtung ändert, wird als elektrisches Signal LSOUTOFF ausgegeben. Auf diese Weise werden Heizwerte, die durch die thermoelektrischen Wandler 6 und 22 ermittelt werden, in elektrische Signale umgewandelt.
-
In der Sekundärseitenschaltung 3 vergleicht ein Komparator 29 das elektrische Signal LSOUTON mit dem elektrischen Signal LSOUTOFF und gibt das Treibersignal OUT aus. Wenn das Eingangssignal IN beispielsweise „high“ ist, erzeugt der elektrothermische Wandler 5 Wärme, die Anodenspannung Vs1 des thermoelektrischen Wandlers 6 wird dadurch verringert, Vs1 wird niedriger als Vs2 und aus diesem Grund wird das Treibersignal OUT „high“. Wenn das Eingangssignal IN „low“ ist, erzeugt der elektrothermische Wandler 21 Wärme, die Anodenspannung Vs2 des thermoelektrischen Wandlers 22 wird dadurch verringert, Vs2 wird niedriger als Vs1 und aus diesem Grund wird das Treibersignal OUT „low“.
-
Dritte Ausführungsform.
-
7 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Pegelumsetzerschaltung und eine Sekundärseitenschaltung der Treiberschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform derart, dass die Sekundärseitenschaltung 3 eine Konstantspannungsschaltung 30, die Komparatoren 29 und 31 und eine Signalhalteschaltung 32 umfasst. Die Konstantspannungsschaltung 30 umfasst eine Konstantstromquelle 33 und eine Diode 34 und erzeugt eine Referenzspannung Ve1.
-
Der Komparator 29 vergleicht das elektrische Signal LSOUTON mit der Referenzspannung Ve1. Wenn der thermoelektrische Wandler 6 beispielsweise Wärme feststellt, nimmt das elektrische Signal LSOUTON ab, und eine Ausgangsspannung Vset des Komparators 29 wird „high“. Auf ähnliche Weise vergleicht der Komparator 31 das elektrische Signal LSOUTOFF mit der Referenzspannung Ve1. Zum Beispiel nimmt das elektrische Signal LSOUTOFF ab, wenn der thermoelektrische Wandler 22 Wärme feststellt, und eine Ausgangsspannung Vreset des Komparators 31 schaltet auf „high“.
-
Die Signalhalteschaltung 32 ist ein SR-FF und empfängt die Ausgangsspannung Vset des Komparators 29 als ein „set“-Signal, empfängt eine Ausgangsspannung Vreset des Komparators 31 als „reset“-Signal und erzeugt ein Treibersignal OUT. Die Signalhalteschaltung 32 setzt das Treibersignal OUT synchron mit der steigenden Flanke der Ausgangsspannung Vset des Komparators 29 auf „high“ und setzt das Treibersignal OUT synchron mit einer steigenden Flanke der Ausgangsspannung Vreset des Komparators 31 auf „low“.
-
Dadurch ist es möglich, ein Eingangssignal durch eine Umwandlung in ein Impulssignal zu übertragen und dadurch eine Wärmeerzeugung zu verhindern. Das elektrische Signal LSINON, das von der Primärseitenschaltung 1 ausgegeben wird, wird als erster EIN-Impuls bezeichnet, der mit der steigenden Flanke des Eingangssignals IN synchronisiert ist und das elektrische Signal LSINOFF wird als zweiter AUS-Impuls bezeichnet, der mit der fallenden Flanke des Eingangssignals IN synchronisiert ist. Das elektrische Signal LSOUTON, das von der Pegelumsetzerschaltung 2 ausgegeben wird, wird zu einem zweiten EIN-Impuls, dessen Spannungspegel von dem des ersten EIN-Impulses umgesetzt wird und das elektrische Signal LSOUTOFF wird zu einem zweiten AUS-Impuls, dessen Spannungspegel von dem des ersten AUS-Impulses umgesetzt wird. Die Sekundärseitenschaltung 3 gibt ein Impulssignal als das Treibersignal OUT aus, das synchron mit dem zweiten Ein-Impuls ansteigt und synchron mit dem zweiten AUS-Impuls abfällt.
-
Vierte Ausführungsform.
-
8 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Zusätzlich zur Konfiguration der dritten Ausführungsform ist die Treiberschaltung mit den thermoelektrischen Wandlern 35 und 36 und den Überhitzungsschutzschaltungen 37 und 38 in der Primärseitenschaltung 1 ausgestattet. Die thermoelektrischen Wandler 35 und 36 ermitteln Wärme, die jeweils in den elektrothermischen Wandlern 5 und 21 erzeugt wird und sind bevorzugt angrenzend an die elektrothermischen Wandler 5 und 21 angeordnet.
-
In den Überhitzungsschutzschaltungen 37 und 38 werden die Ausgangsspannungen Vhe1 und Vhe2 der Komparatoren 39 und 40 „low“, wenn die Anodenspannungen Vh1 und Vh2 der thermoelektrischen Wandler 35 und 36 aufgrund einer Überhitzung der elektrothermischen Wandler 5 und 21 niedriger werden, als die Referenzspannungen Ve2 und Ve3. Die Ausgänge der UND-Schaltungen 41 und 42 werden „low“, die Schalter 9 und 25 werden dadurch in einen Unterbrechungszustand versetzt, wodurch die Wärmeerzeugung der elektrothermischen Wandler 5 und 21 gestoppt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Referenzspannungen Ve2 und Ve3 so festgelegt werden, dass eine Wärmeerzeugung an den elektrothermischen Wandlern 5 und 21 auf der Sekundärseite in ausreichender Weise ermittelt werden kann.
-
Auf diese Weise ermitteln die Überhitzungsschutzschaltungen 37 und 38 Wärme, die in den elektrothermischen Wandlern 5 und 21 erzeugt wird und unterdrücken Heizwerte der elektrothermischen Wandler 5 und 21, wenn die Temperatur einen Referenzwert überschreitet. Dadurch wird die Wärmeerzeugung gestoppt, wenn die elektrothermischen Wandler 5 und 21 über ein auf der Sekundärseite ermittelbares Niveau hinaus aufgeheizt werden, wodurch eine Zerstörung der Vorrichtung und ein thermisches Durchgehen verhindert werden können.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass in 8 die AND-Schaltungen 41 und 42 die Schalter 9 und 25 ansteuern, um eine Wärmeerzeugung vollständig zu stoppen, aber es kann auch möglich sein, die Stromstärken der Konstantstromquellen 10 und 26 durch die Ausgangsspannungen Vhe1 und Vhe2 der Komparatoren 39 und 40 anzupassen und die Heizwerte zu unterdrücken. Sobald entweder die Ausgangsspannung Vhe1 oder Vhe2 „low“ wird, wird ein Fehlersignal FO, das von einer NAND-Schaltung 43 ausgegeben wird, „high“.
-
Fünfte Ausführungsform.
-
9 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Schaltung zur Erfassung einer unzureichenden Wärmeerzeugung 44 wird statt der Überhitzungsschutzschaltungen 37 und 38 in der vierten Ausführungsform eingesetzt. Die Schaltung zur Erfassung einer unzureichenden Wärmeerzeugung 44 umfasst die Komparatoren 45 und 46, die UND-Schaltungen 47 und 48, die Filterschaltungen 49 und 50 und eine ODER-Schaltung 51.
-
Die Komparatoren 45 und 46 empfangen die Anodenspannungen Vh1 und Vh2 der jeweiligen thermoelektrischen Wandler 35 und 36. Wenn der elektrothermische Wandler 5 Wärme erzeugt und die Anodenspannung Vh1 abnimmt, wird ein Ausgang des Komparators 45 „low“, und wenn der elektrothermische Wandler 21 Wärme erzeugt und die Anodenspannung Vh2 abnimmt, wird ein Ausgang des Komparators 46 „low“.
-
Die UND-Schaltung 47 gibt ein logisches UND eines Eingangssignals IN und eines Ausgangssignals des Komparators 45 aus. Die UND-Schaltung 48 gibt ein logisches UND eines invertierten Signals des Eingangssignals IN und eines Ausgangssignals des Komparators 46 aus. Wenn das Eingangssignal IN „high“ ist und der Ausgang des Komparators 45 „high“ ist, was bedeutet, dass der elektrothermische Wandler 5 trotz der Tatsache, dass das Eingangssignal IN „high“ ist, keine Wärme erzeugt, schaltet der Ausgang der UND-Schaltung 47 auf „high“. Wenn das Eingangssignal IN „low“ ist und der Ausgang des Komparators 46 „high“ ist, was bedeutet, dass der elektrothermische Wandler 5 trotz der Tatsache, dass das Eingangssignal IN „low“ ist, keine Wärme erzeugt, schaltet der Ausgang der UND-Schaltung 48 auf „high“.
-
Die Filterschaltungen 49 und 50 sind Schaltungen, die die Ausgangsspannungen Verh und Verl auf „high“ schalten, wenn die Ausgänge der UND-Schaltungen 47 und 48 für eine vordefinierte Zeitspanne auf „high“ gehalten werden, und werden eingefügt, um eine fehlerhafte Erfassung zu verhindern, wenn das Eingangssignal IN geschaltet wird. Wenn die Ausgänge der UND-Schaltungen 47 und 48 für eine vordefinierte Zeitspanne oder länger „high“ bleiben, werden die Ausgangsspannungen Verh und Ver1 „high“ und ein Fehlersignal FO, das von der OR-Schaltung 51 ausgegeben wird, wird „high“.
-
Aus diesem Grund ermittelt die Schaltung zur Erfassung einer unzureichenden Wärmeerzeugung 44 Wärme, die in den elektrothermischen Wandlern 5 und 21 erzeugt wird, und gibt ein Fehlersignal FO aus, wenn die Wärme einen Referenzwert innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne nicht erreicht. Dadurch ist es möglich eine unzureichende Wärmeentwicklung festzustellen.
-
Sechste Ausführungsform.
-
10 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Treiberschaltung wird zusammen mit den Heizwertanpassungsschaltungen 52 und 53 zusätzlich zur Konfiguration der dritten Ausführungsform bereitgestellt. Die Treiberschaltung wird mit den variablen Stromquellen 54 und 55 anstatt mit den Konstantstromquellen 10 und 26 in der dritten Ausführungsform bereitgestellt.
-
Die Heizwertanpassungsschaltungen 52 und 53 erfassen Umgebungstemperaturen, mit anderen Worten, Chip-Temperaturen der Treiberschaltung, die die Konstantstromquellen 56 und 57 und die jeweiligen thermoelektrischen Wandler 58 und 59 einsetzen. Die Komparatoren 60 und 61 passen die Stromstärken der variablen Stromquellen 54 und 55 entsprechend der jeweils erfassten Chip-Temperatur an und passen Heizwerte der elektrothermischen Wandler 5 und 21 an. Zum Beispiel reduzieren die Komparatoren 60 und 61 bei einer hohen Chip-Temperatur die Stromstärken der variablen Stromquellen 54 und 55 und unterdrücken Heizwerte der elektrothermischen Wandler 5 und 21, um eine Zerstörung durch Überhitzung zu verhindern.
-
Siebte Ausführungsform.
-
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Primärseitenschaltung 1 schaltet selektiv, ob ein elektrisches Signal LSIN1 entsprechend einem Eingangssignal IN1 ausgegeben wird, oder ob ein Treibersignal OUT1 entsprechend einem elektrischen Signal LSOUT1 ausgegeben wird.
-
Die Pegelumsetzerschaltung 2 setzt den Pegel des ersten elektrischen Signals LSIN1 mit einem ersten Bezugspotential als Referenz um, wandelt es in ein elektrisches Signal LSOUT2 mit einem zweiten Bezugspotential als Referenz um, oder setzt den Pegel des elektrischen Signals LSIN2 mit einem zweiten Bezugspotential als Referenz um, wandelt es in ein elektrisches Signal LSOUT1 mit einem ersten Bezugspotential als Referenz um.
-
Die Sekundärseitenschaltung 3 schaltet selektiv, ob ein Treibersignal OUT2 entsprechend dem elektrischen Signal LSOUT2 mit dem zweiten Bezugspotential als Referenz ausgegeben wird, oder ob das elektrische Signal LSIN2 entsprechend einem Eingangssignal IN2 ausgegeben wird.
-
12 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Treiberschaltung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Wärmeleitungssektion 62 umfasst einen ersten Wandler 63, einen zweiten Wandler 64 und einen Isolierbereich 65. Der erste Wandler 63 ist eine Diode, die das elektrische Signal LSIN1 von der Primärseitenschaltung 1 in Wärme umwandelt, oder Wärme vom zweiten Wandler 64 in das elektrische Signal LSOUT1 umwandelt und es an die Primärseitenschaltung 1 ausgibt. Der zweite Wandler 64 ist eine Diode, die Wärme des ersten Wandlers 63 in das elektrische Signal LSOUT2 umwandelt und an die Sekundärseitenschaltung 3 ausgibt, oder das elektrische Signal LSIN2 von der Sekundärseitenschaltung 3 in Wärme umwandelt und diese an den ersten Wandler 63 ausgibt. Der Isolierbereich 65 isoliert den ersten Wandler 63 elektrisch vom zweiten Wandler 64.
-
Eine elektrothermische Wandlerschaltung 66 führt dem ersten Wandler 63 einen Strom einer Konstantstromquelle 67 zu, wenn das Eingangssignal IN1 „high“ ist und führt dem Wandler 63 einen Strom der Konstantstromquelle 68 zu, wenn das Eingangssignal IN1 „low“ ist. Eine elektrothermische Wandlerschaltung 69 führt dem zweiten Wandler 64 einen Strom der Konstantstromquelle 70 zu, wenn das Eingangssignal IN2 „high“ ist und führt dem Wandler 64 einen Strom einer Konstantstromquelle 71 zu, wenn das Eingangssignal IN2 „low“ ist. Die Eingangssignale IN1 und IN2 werden so festgelegt, dass sie nicht gleichzeitig „high“ werden.
-
Die Stromstärken der Konstantstromquellen 67 und 70 sind größer, als die Stromstärken der Konstantstromquellen 68 und 71 und sind ausreichende Stromstärken, um durch den ersten Wandler 63 oder den zweiten Wandler 64 Wärme zu erzeugen. Die Stromstärken der Konstantstromquellen 68 und 71 sind ausreichende Stromstärken, um eine Wärmeleitung durch den ersten Wandler 63 oder den zweiten Wandler 64 zu veranlassen.
-
In der Primärseitenschaltung 1 umfasst eine Konstantspannungsschaltung 72 eine Konstantstromquelle 73 und eine Diode 74 und erzeugt eine Referenzspannung Ve1. Ein Komparator 76 einer thermoelektrischen Wandlerschaltung 75 vergleicht das elektrische Signal LSOUT1 mit der Referenzspannung Ve1. Wenn das Eingangssignal IN1 „low“ ist und das elektrische Signal LSOUT1 kleiner ist, als die Referenzspannung Ve1, veranlasst eine AND-Schaltung 77, dass das Treibersignal OUT1 „high“ wird.
-
In der Sekundärseitenschaltung 3 umfasst eine Konstantspannungsschaltung 78 eine Konstantstromquelle 79 und eine Diode 80 und erzeugt eine Referenzspannung Ve2. Ein Komparator 82 einer thermoelektrischen Wandlerschaltung 81 vergleicht das elektrische Signal LSOUT2 mit der Referenzspannung Ve2. Wenn das Eingangssignal IN2 „low“ ist und das elektrische Signal LSOUT2 kleiner ist, als die Referenzspannung Ve2, veranlasst eine AND-Schaltung 83, dass das Treibersignal OUT2 „high“ wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine bidirektionale Signalübertragung zu realisieren, indem zwischen einem Wärmeerzeugungsmodus und einem Wärmeempfangsmodus der Primärseitenschaltung 1 und der Sekundärseitenschaltung 3 entsprechend einem Eingangssignal umgeschaltet wird. Wenn das Eingangssignal IN1 beispielsweise „high“ ist und das Eingangssignal IN2 „low“ ist, erzeugt der erste Wandler 63 Wärme in einem elektrothermischen Wandlermodus und der zweite Wandler 64 empfängt erzeugte Wärme in einem thermoelektrischen Wandlermodus. Auf diese Weise ist es möglich, eine Signalübertragung von der Primärseite zur Sekundärseite zu realisieren. Auf der anderen Seite, wenn das Eingangssignal IN1 „low“ ist und das Eingangssignal IN2 „high“ ist, ist es möglich, eine Signalübertragung von der Sekundärseite zur Primärseite zu realisieren.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen eins bis sieben durch Beispiele veranschaulicht werden und die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Eine unbegrenzte Anzahl von noch nicht veranschaulichten Modifikationen kann erdacht werden, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Diese Ausführungsformen können frei kombiniert, modifiziert oder weggelassen werden, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Primärseitenschaltung
- 2
- Pegelumsetzerschaltung
- 3
- Sekundärseitenschaltung
- 4
- Wärmeleitungssektion
- 5
- Elektrothermischer Wandler
- 6
- Thermoelektrischer Wandler
- 7
- Isolierbereich
- 8
- Elektrothermische Wandlerschaltung
- 9
- Schalter
- 10
- Konstantstromquelle
- 11
- Thermoelektrische Wandlerschaltung
- 12
- Konstantstromquelle
- 13
- Inverter
- 14
- N-Typ Halbleitersubstrat
- 15
- Erster N-Typ Halbleiterbereich
- 16
- Zweiter N-Typ Halbleiterbereich
- 17
- P--Typ Halbleitersubstrat
- 18
- Halbleiterbereich
- 19
- Laminierter Bereich
- 20
- Wärmeleitungssektion
- 21
- Elektrothermischer Wandler
- 22
- Thermoelektrischer Wandler
- 23
- Isolierbereich
- 24
- Elektrothermische Wandlerschaltung
- 25
- Schalter
- 26
- Konstantstromquelle
- 27
- Thermoelektrische Wandlerschaltung
- 28
- Thermoelektrischer Wandler
- 29
- Komparator
- 30
- Konstantspannungsschaltung
- 31
- Komparator
- 32
- Signalhalteschaltung
- 33
- Konstantstromquelle
- 34
- Diode
- 35
- Thermoelektrischer Wandler
- 36
- Thermoelektrischer Wandler
- 37
- Überhitzungsschutzschaltung
- 38
- Überhitzungsschutzschaltung
- 39
- Komparator
- 40
- Komparator
- 41
- UND-Schaltung
- 42
- UND-Schaltung
- 43
- NAND-Schaltung
- 44
- Schaltung zur Erfassung einer unzureichenden Wärmeerzeugung
- 45
- Komparator
- 46
- Komparator
- 47
- UND-Schaltung
- 48
- UND-Schaltung
- 49
- Filterschaltung
- 50
- Filterschaltung
- 51
- ODER-Schaltung
- 52
- Heizwertanpassungsschaltung
- 53
- Heizwertanpassungsschaltung
- 54
- Variable Stromquelle
- 55
- Variable Stromquelle
- 56
- Konstantstromquelle
- 57
- Konstantstromquelle
- 58
- Thermoelektrischer Wandler
- 59
- Thermoelektrischer Wandler
- 60
- Komparator
- 61
- Komparator
- 62
- Wärmeleitungssektion
- 63
- Erster Wandler
- 64
- Zweiter Wandler
- 65
- Isolierbereich
- 66
- Elektrothermische Wandlerschaltung
- 67
- Konstantstromquelle
- 68
- Konstantstromquelle
- 69
- Elektrothermische Wandlerschaltung
- 70
- Konstantstromquelle
- 71
- Konstantstromquelle
- 72
- Konstantspannungsschaltung
- 73
- Konstantstromquelle
- 74
- Diode
- 75
- Thermoelektrische Wandlerschaltung
- 76
- Komparator
- 77
- AND-Schaltung
- 78
- Konstantspannungsschaltung
- 79
- Konstantstromquelle
- 80
- Diode
- 81
- Thermoelektrische Wandlerschaltung
- 82
- Komparator
- 83
- AND-Schaltung
- IN, IN1, IN2
- Eingangssignal
- OUT, OUT1, OUT2
- Treibersignal
- LSIN, LSIN1, LSIN2
- Elektrisches Signal
- LSOUT, LSOUT1, LSOUT2
- Elektrisches Signal
- LSINON, LSINOFF
- Elektrisches Signal
- LSOUTON, LSOUTOFF
- Elektrisches Signal
- Vset,
- Vreset Komparatorausgangsspannung
- Vh1, Vh2
- Anodenspannung
- Ve1, Ve2, Ve3
- Referenzspannung
- Vhe1, Vhe2
- Komparatorausgangsspannung
- Verh, Verl
- Ausgangsspannung
- FO
- Fehlersignal
