JP2004187492A - Semiconductor device and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばインバータ制御用のために、相補PWM信号を生成する半導体装置に関するものであり、特に、相補PWM信号にデッドタイムを付加するための技術に属する。 The present invention relates to a semiconductor device that generates a complementary PWM signal, for example, for inverter control, and particularly to a technique for adding a dead time to a complementary PWM signal.
図11に示すような、2個のスイッチング素子51,52を直列接続した構成からなるインバータ回路5は、IH調理器などの誘導加熱装置を構成する回路として広く使用されている(特許文献1参照)。また、モータ駆動用のインバータ回路も、各相において2個のスイッチング素子を直列に接続し、これを3相並列に接続した構成であり、基本的には同様の構成となる。
An inverter circuit 5 having a configuration in which two
これらのインバータ回路は、通常、同時にオンしない時間(デッドタイム)を付加したPWM(Pulse Width Modulation)信号を用いて制御される。この信号の例を図12(a)に示す。このデッドタイムの役割の1つは、図12(b)に示すように、2個のスイッチング素子が同時にオンすることによって、貫通電流が流れ、インバータ制御回路を破壊してしまうことを防止することである。また一般には、図13に示すように、異なる2個のスイッチング素子のオン・オフ特性に合わせた最適なスイッチングタイミングを設定し、スイッチング素子の電力損失を最小限にすることを目的として設定される。電力損失は、オン・オフ切り換え時の電流と電圧の積によって求められる。 These inverter circuits are usually controlled using a PWM (Pulse Width Modulation) signal to which a time (dead time) during which they are not simultaneously turned on is added. An example of this signal is shown in FIG. One of the roles of the dead time is to prevent the through current from flowing and the inverter control circuit from being destroyed when the two switching elements are simultaneously turned on, as shown in FIG. It is. In general, as shown in FIG. 13, an optimal switching timing is set in accordance with the on / off characteristics of two different switching elements, and is set for the purpose of minimizing the power loss of the switching elements. . The power loss is determined by the product of the current and the voltage at the time of on / off switching.
従来、このデッドタイムを設定する手法として、1)通常のPWM出力を使用し、制御回路上でデッドタイムを付加する手法、2)半導体装置からの一定のデッドタイム付きPWM出力を用いる手法、3)1)と2)を組み合わせた手法が知られている。 Conventionally, as a method of setting the dead time, 1) a method of using a normal PWM output and adding a dead time on a control circuit, 2) a method of using a PWM output with a fixed dead time from a semiconductor device, 3 (1) A method combining 1) and 2) is known.
1)の手法は例えば特許文献1に開示されており、誘導加熱調理器を制御するインバータ駆動回路に制御回路を付加することによってデッドタイムを設定することができる。上述の図11はその基本回路構成であり、デッドタイム設定回路7は、駆動制御回路6から2個のスイッチング素子51,52を同時にオフする信号を生成する。図13に示すように、デッドタイムtd1は、Vge2が0vになってスイッチング素子52がオフしてから、Vce1の残存電圧が最小になるまでの期間に設定し、デッドタイムtd2はVge1が0vになってスイッチング素子51がオフしてから、ic2のマイナス電流(スイッチング素子1内蔵のフリーホイールダイオード電流)のがほぼ半減するまでの期間に設定する。いずれも、回路の定数によって決定される。
The method 1) is disclosed in, for example, Patent Document 1, and the dead time can be set by adding a control circuit to an inverter drive circuit that controls the induction heating cooker. FIG. 11 shows the basic circuit configuration. The dead time setting circuit 7 generates a signal from the
これ以外でも、PWM出力と遅延回路との組み合わせによって実現する手法が知られており、例えば図14のように、それぞれのPWM信号に対し、任意に設定するCR回路53,54によって遅延をもたせることによってデッドタイムを付加する。これにより、図15に示すような2種類のデッドタイム付き出力信号を生成することが可能である。
Other than this, a method of realizing the combination of a PWM output and a delay circuit is known. For example, as shown in FIG. 14, each of the PWM signals is delayed by
また、制御回路を付加する必要がないように、マイクロコンピュータからデッドタイムを付加したPWM出力を生成する機能を有するものも実現されている。この場合のデッドタイム設定には、デッドタイム時間を設定するための1個のデッドタイムレジスタが用いられ、PWM信号のオンタイミングとオフタイミングで同一のデッドタイムが付加される。 Further, a microcomputer having a function of generating a PWM output to which a dead time is added from a microcomputer so as not to add a control circuit is realized. In the dead time setting in this case, one dead time register for setting the dead time is used, and the same dead time is added at the ON timing and the OFF timing of the PWM signal.
このようなインバータ制御用のマイクロコンピュータの多くは、カウンタと比較器(コンパレータ)等を備えている。カウンタが0から周波数設定値までカウントアップし、その間にカウント値とデューティ設定値を比較し、一致したときに出力信号を反転することによって、基準となるPWM信号を生成する。このとき、カウンタとデッドタイム設定値とを比較し、一致するまで、オンするタイミングを出力反転タイミングから遅らせることによって、デッドタイムを挿入する。この場合、デッドタイムはスイッチング素子の特性によらず、一定の時間を設定できる。
ところが、上述の特許文献1や、CR回路を用いた方法では、設定されるデッドタイムは基板上のハード設定で決定されるため、スイッチング素子に対して一定の値を設定できるのみであった。このため、デッドタイムの最適値を変更・設定するのは困難であり、より高度な制御を行うためには、例えばハード的にCR成分を変更する制御回路部が必要になるなどの制約があった。さらに、PWM信号が時定数を持った波形となることや、部品ばらつきの面から、精度の高い制御を行うことが困難になっていた。 However, in the above-described Patent Document 1 and the method using the CR circuit, the set dead time is determined by the hardware setting on the substrate, and therefore, only a fixed value can be set for the switching element. For this reason, it is difficult to change / set the optimum value of the dead time, and there is a restriction that a control circuit unit for changing the CR component in hardware is required in order to perform more advanced control. Was. Furthermore, it has been difficult to perform highly accurate control because the PWM signal has a waveform having a time constant and component variations.
さらに、インバータ制御用マイクロコンピュータとしてデッドタイム付きPWM出力を実現する手法では、デッドタイムレジスタを1個しか持たないため、立ち上がりと立ち下りに共通のデッドタイムを付加する機能を有するのみだった。このため、対となるスイッチング素子の特性が対称なインバータ回路を制御する場合には特に問題とならないが、スイッチング特性が互いに異なるインバータ回路を制御する場合には、個別に最適なデッドタイムを設定することが求められ、この場合には、適用が困難であるという問題があった。 Furthermore, the method of realizing PWM output with dead time as an inverter control microcomputer has only one dead time register, and thus has only a function of adding a common dead time to rising and falling. For this reason, there is no particular problem when controlling an inverter circuit in which the characteristics of a pair of switching elements are symmetric, but when controlling inverter circuits having different switching characteristics, an optimum dead time is set individually. In this case, there is a problem that application is difficult.
前記の問題に鑑み、本発明は、例えばインバータ制御用のために相補PWM信号を生成する半導体装置において、デッドタイムを、柔軟に、かつ、簡易な構成によって付加できるようにすることを課題とする。 In view of the above-described problem, an object of the present invention is to make it possible to add a dead time flexibly and with a simple configuration in a semiconductor device that generates a complementary PWM signal for inverter control, for example. .
前記の課題を解決するために、請求項1の発明が講じた解決手段は、半導体装置として、第1のPWM信号と、前記第1のPWM信号の反転信号である第2のPWM信号とを生成する相補PWM生成部と、前記第1のPWM信号の立ち上がり時に第1のデッドタイムを付加するとともに、前記第2のPWM信号の立ち上がり時に第2のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、前記デッドタイム付加部は、前記第1のデッドタイムと前記第2のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されている。 In order to solve the above-mentioned problem, a solution taken by the invention of claim 1 is that a semiconductor device includes a first PWM signal and a second PWM signal which is an inverted signal of the first PWM signal. A complementary PWM generation unit that generates the first PWM signal; and a dead time addition unit that adds a second dead time to the rising edge of the second PWM signal while adding a first dead time when the first PWM signal rises. The dead time adding unit is configured to be able to individually set the first dead time and the second dead time.
請求項1の発明によると、第1のPWM信号の立ち上がり時に付加される第1のデッドタイムと、第2のPWM信号の立ち上がり時に付加される第2のデッドタイムとを、デッドタイム付加部によって、個別に設定可能となる。このため、従来よりも、柔軟に、より高度な制御を実現することができる。 According to the first aspect of the present invention, the first dead time added at the rise of the first PWM signal and the second dead time added at the rise of the second PWM signal are determined by the dead time adding unit. , Can be set individually. For this reason, more advanced control can be realized more flexibly than in the past.
そして、請求項2の発明では、前記請求項1におけるデッドタイム付加部は、デッドタイムタイマと、第1および第2のデッドタイム設定レジスタとを備え、前記デッドタイムタイマの値が前記第1のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第1のデッドタイムとして設定するとともに、前記デッドタイムタイマの値が前記第2のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第2のデッドタイムとして設定するものとする。 According to a second aspect of the present invention, the dead time adding unit according to the first aspect includes a dead time timer and first and second dead time setting registers, and a value of the dead time timer is set to the first dead time. The time until the value of the dead time setting register is reached is set as the first dead time, and the time until the value of the dead time timer reaches the value set in the second dead time setting register is It is set as the second dead time.
さらに、請求項3の発明では、前記請求項2における第1および第2のデッドタイム設定レジスタは、直列に配置されているものとする。 Further, in the invention according to claim 3, the first and second dead time setting registers according to claim 2 are arranged in series.
また、請求項4の発明では、前記請求項2における第1および第2のデッドタイム設定レジスタは、並列に配置されているものとする。 In the invention of claim 4, the first and second dead time setting registers in claim 2 are arranged in parallel.
また、請求項5の発明では、前記請求項1におけるデッドタイム付加部は、第1および第2のデッドタイムタイマと、第1および第2のデッドタイム設定レジスタとを備え、前記第1のデッドタイムタイマの値が前記第1のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第1のデッドタイムとして設定するとともに、前記第2のデッドタイムタイマの値が前記第2のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第2のデッドタイムとして設定するものとする。 Further, in the invention according to claim 5, the dead time adding unit according to claim 1 includes first and second dead time timers, and first and second dead time setting registers, The time until the value of the time timer reaches the set value of the first dead time setting register is set as the first dead time, and the value of the second dead time timer is set to the second dead time. The time until the value reaches the setting value of the setting register is set as the second dead time.
また、請求項6の発明では、前記請求項1におけるデッドタイム付加部は、第1および第2のデッドタイム設定レジスタと、前記相補PWM生成部が有する周期タイマのカウンタ値を前記第1および第2のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する比較器とを備え、前記比較器による前記第1のデッドタイム設定レジスタの設定値との比較結果を基にして、前記第1のデッドタイムを設定するとともに、前記比較器による前記第2のデッドタイム設定レジスタの設定値との比較を基にして、前記第2のデッドタイムを設定するものとする。
Further, in the invention according to
また、請求項7の発明では、前記請求項1におけるデッドタイム付加部は、前記請求項1における第1および第2のデッドタイム設定レジスタと、前記相補PWM生成部が有する周期タイマのカウンタ値を前記第1のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する第1の比較器と、前記周期タイマのカウンタ値を前記第2のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する第2の比較器とを備え、前記第1の比較器による比較結果を基にして、前記第1のデッドタイムを設定するとともに、前記第2の比較器による比較結果を基にして、前記第2のデッドタイムを設定するものとする。 In the invention of claim 7, the dead time adding unit in claim 1 stores the first and second dead time setting registers in claim 1 and a counter value of a periodic timer of the complementary PWM generation unit. A first comparator for comparing a set value of the first dead time setting register with a set value of the second dead time setting register; and a second comparator for comparing a counter value of the period timer with a set value of the second dead time setting register. Setting the first dead time based on the comparison result by the first comparator, and setting the second dead time based on the comparison result by the second comparator And
また、請求項8の発明では、前記請求項1の半導体装置は、デッドタイム切替入力に応じて、前記第1および第2のデッドタイムのうち少なくともいずれか一方が、設定変更可能なように構成されているものとする。 Further, according to the invention of claim 8, the semiconductor device of claim 1 is configured such that at least one of the first and second dead times can be set and changed in response to a dead time switching input. It is assumed that
また、請求項9の発明が講じた解決手段は、コイルによる加熱動作を行うインバータ回路と、前記インバータ回路をデッドタイムを付加した前記第1および第2のPWM信号を与えることによって制御する前記請求項8の半導体装置とを備えた誘導加熱装置における制御方法として、前記インバータ回路が前記半導体装置に前記デッドタイム切替入力として信号を与え、前記半導体装置が受けた前記デッドタイム切替入力に応じて、前記第1および第2のデッドタイムのうち少なくとも一方を設定変更するものである。 In a ninth aspect of the present invention, there is provided an inverter circuit for performing a heating operation by a coil, and the inverter circuit is controlled by giving the first and second PWM signals to which a dead time is added. As a control method in the induction heating device including the semiconductor device according to item 8, the inverter circuit provides a signal as the dead time switching input to the semiconductor device, and according to the dead time switching input received by the semiconductor device, The setting of at least one of the first and second dead times is changed.
そして、請求項10の発明では、前記請求項9の制御方法において、前記インバータ回路は、前記デッドタイム切替入力として異常加熱を示す異常信号を出力し、前記半導体装置は、前記異常信号を受けたとき前記設定変更を実行するものとする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the control method of the ninth aspect, the inverter circuit outputs an abnormal signal indicating abnormal heating as the dead time switching input, and the semiconductor device receives the abnormal signal. At this time, the setting change is executed.
また、請求項11の発明では、前記請求項9の制御方法において、前記インバータ回路は、前記デッドタイム切替入力として加熱コイル電流の電流値を示すアナログ信号を出力し、前記半導体装置は、受けた前記アナログ信号をAD変換し、変換値が所定範囲外にあるとき前記設定変更を実行するものとする。 In the invention according to claim 11, in the control method according to claim 9, the inverter circuit outputs an analog signal indicating a current value of a heating coil current as the dead time switching input, and the semiconductor device receives the analog signal. The analog signal is AD-converted, and the setting change is executed when the converted value is out of a predetermined range.
本発明によると、PWM信号と、その反転信号とで、異なるデッドタイムの設定が可能となる。このため、回路上でデッドタイムの最適値を変更・設定する必要がなくなると共に、個別に最適なデッドタイムの設定を実施することが可能となり、電力損失を抑えた、より高度な制御を行うことが可能になる。 According to the present invention, it is possible to set different dead times for the PWM signal and its inverted signal. Therefore, it is not necessary to change and set the optimum dead time on the circuit, and it is also possible to individually set the optimum dead time, and to perform more advanced control with reduced power loss Becomes possible.
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図である。図1の半導体装置は、インバータ制御用のためにPWM信号を生成するものであり、代表的にはマイクロコンピュータ(マイコン)において実現される。
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 1 generates a PWM signal for controlling an inverter, and is typically realized by a microcomputer.
図1において、相補PWM生成部1は、デッドタイムが付加される前の相補PWM信号、すなわち第1のPWM信号PWM1およびその反転信号である第2のPWM信号PWM2を生成するものであり、バッファレジスタ11,17、周期設定レジスタ12、比較器13,15、周期タイマ14、デューティ設定レジスタ16およびTフリップフロップ18を備えている。周期タイマ14はオーバーフロー、または周期設定レジスタ12の設定値との比較一致によってリスタートし、原PWM信号PWM0の周期を設定する。また、周期タイマ14のカウンタ値とデューティ設定レジスタ16の設定値との比較一致によって、原PWM信号PWM0のオン期間を設定する。
In FIG. 1, a complementary PWM generation unit 1 generates a complementary PWM signal before a dead time is added, that is, a first PWM signal PWM1 and a second PWM signal PWM2 which is an inverted signal of the first PWM signal PWM1. The circuit includes registers 11, 17, a cycle setting register 12,
デッドタイム付加部2は、相補PWM生成部1によって生成された第1および第2のPWM信号PWM1,PWM2にデッドタイムを付加するものであり、エッジ検出部21、デッドタイムタイマ22、バッファレジスタ23、直列に配置された第1および第2のデッドタイム設定レジスタ24a,24b、並びに第1および第2のデッドタイム挿入部25a,25bを備えている。デッドタイムタイマ22は、周期タイマ14の起動タイミング、および、周期タイマ14とデューティ設定レジスタ16との比較一致に同期してリスタートする。そして、デッドタイムタイマ22の値が第1のデッドタイム設定レジスタ24aの設定値に達するまでの時間を、第1のPWM信号PWM1の立ち上がり時に第1のデッドタイムとして付加するとともに、デッドタイムタイマ22の値が第2のデッドタイム設定レジスタ24bの設定値に達するまでの時間を、第2のPWM信号PWM2の立ち上がり時に第2のデッドタイムとして付加する。このようにして、上相信号SUおよび下相信号SLが生成される。
The dead time adding section 2 adds a dead time to the first and second PWM signals PWM1 and PWM2 generated by the complementary PWM generating section 1, and includes an
デッドタイム設定用のバッファレジスタ23へのデータ設定には割り込み処理が用いられ、周期タイマ14とデューティ設定レジスタ16との比較一致割り込みの場合は、第2のデッドタイムの設定値が設定される一方、周期タイマ14と周期設定レジスタ12との比較一致割り込みの場合は、第1のデッドタイムの設定値が設定される。また、それぞれの割り込みのタイミングで、第2のデッドタイム設定レジスタ24bから第1のデッドタイムレジスタ24aへの転送と、バッファレジスタ23から第2のデッドタイム設定レジスタ24bへの転送とが行われる。これにより、第1のデッドタイム設定レジスタ24aには、周期タイマ14と周期設定レジスタ12との比較一致割り込みのタイミングで、第1のデッドタイムの設定値が設定される一方、周期タイマ14とデューティ設定レジスタ16との比較一致割り込みのタイミングで、第2のデッドタイムの設定値が設定される。
An interrupt process is used to set data in the buffer register 23 for setting the dead time. In the case of a comparison match interrupt between the
図2は図1の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。図2に示すように、周期タイマ14のカウント開始と同時に、原PWM信号PWM0が立ち上がるともに、デッドタイムタイマ22がカウントを開始する。そして、デッドタイムタイマ22のカウント値が第1のデッドタイム設定レジスタ24aの設定値(第1のデッドタイムの設定値)に達したとき、上相信号SUが立ち上がり、第1のデッドタイムt1が設定される。その後、周期タイマ14のカウント値がデューティ設定レジスタ16の設定値に達したとき、原PWM信号PWM0が立ち下がるとともに、上相信号SUが立ち下がる。
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the semiconductor device of FIG. As shown in FIG. 2, at the same time when the
このとき、デッドタイムタイマ22がカウントを再び開始し、そのカウント値が第1のデッドタイム設定レジスタ24aの設定値(第2のデッドタイムの設定値)に達したとき、下相信号SLが立ち上がり、第2のデッドタイムt2が設定される。その後、周期タイマ14のカウント値が周期設定レジスタ12の設定値に達したとき、下相信号SLが立ち下がる。
At this time, the
以上のように本実施形態によると、第1のPWM信号の立ち上がり時に付加する第1のデッドタイムと、第2のPWM信号の立ち上がり時に付加する第2のデッドタイムとを、個別に設定することができる。 As described above, according to the present embodiment, the first dead time added at the rise of the first PWM signal and the second dead time added at the rise of the second PWM signal are individually set. Can be.
また、本実施形態を、例えば、デッドタイム期間レジスタを用いてデッドタイム設定を切り替える構成(比較例)と比較すると、次のような長所がある。すなわち、比較例の場合には、デッドタイム設定用のバッファレジスタを備えていないため、レジスタ値の更新を最適なタイミングで実行することができず、したがって、デッドタイムレジスタ設定値とデッドタイムカウンタの大小関係が反転しないように、一旦PWM出力を停止してから切り替えるしかなかった。 Further, when this embodiment is compared with a configuration in which the dead time setting is switched using a dead time period register (comparative example), there are the following advantages. That is, in the case of the comparative example, since the buffer register for setting the dead time is not provided, the updating of the register value cannot be performed at the optimum timing. In order to prevent the magnitude relationship from reversing, the only option is to stop the PWM output and then switch it.
ところが本実施形態によると、割り込み処理内でデッドタイムの設定を切り替える必要はあるものの、2個のデッドタイム設定レジスタ間の転送はハードによる最適なタイミングで実施されるため、PWM出力を停止することなく容易に実現可能となる。 However, according to the present embodiment, although it is necessary to switch the setting of the dead time in the interrupt processing, since the transfer between the two dead time setting registers is performed at the optimal timing by hardware, it is necessary to stop the PWM output. And can be easily realized.
(第2の実施形態)
図3は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図であり、図1と共通の構成要素については図1と同一の符号を付している。図1と異なるのは、デッドタイム付加部2Aにおいて、第1および第2のデッドタイム設定レジスタ24a,24bが並列に配置されており、それぞれにバッファレジスタ23a,23bが設けられている点である。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Components common to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. The difference from FIG. 1 is that first and second dead
図4は図3の半導体装置の動作を示すタイミングチャートであり、基本的な動作は第1の実施形態と同様である。ただし、第1および第2のデッドタイム設定レジスタ24a,24bの設定値の更新は、周期タイマ14と周期設定レジスタ12との比較一致タイミングにおいて実行される。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the semiconductor device of FIG. 3, and the basic operation is the same as that of the first embodiment. However, the update of the set values of the first and second dead
すなわち、本実施形態では、第1の実施形態と比べるとバッファレジスタを1個追加した構成になっているが、第1の実施形態のようにPWM周期設定割り込みとデューティ設定割込みの処理内でデッドタイム時間設定を切り替える必要がない。またバッファレジスタは、単純に、あるタイミングで(周期毎に)デッドタイム設定レジスタへの転送を行うだけのものである。したがって、CPUに負担をかけることなく実現が可能となる。 That is, the present embodiment has a configuration in which one buffer register is added as compared with the first embodiment. However, as in the first embodiment, dead time is set in the processing of the PWM cycle setting interrupt and the duty setting interrupt. There is no need to switch the time setting. Further, the buffer register simply transfers data to the dead time setting register at a certain timing (per cycle). Therefore, it can be realized without putting a burden on the CPU.
(第3の実施形態)
図5は本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図であり、図3と共通の構成要素については図3と同一の符号を付している。図3と異なるのは、デッドタイム付加部2Bにおいて、第1のデッドタイム用と第2のデッドタイム用に、それぞれ第1および第2のデッドタイムタイマ22a,22bが設けられている点である。第1のデッドタイムタイマ22aは周期タイマ14の起動タイミングに同期して起動し、第2のデッドタイムタイマ22bは周期タイマ14とデューティ設定レジスタ16との比較一致に同期してスタートする。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Components common to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as in FIG. The difference from FIG. 3 is that the dead
図6は図5の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。図6に示すように、周期タイマ14のカウント開始と同時に、原PWM信号PWM0が立ち上がるともに、第1のデッドタイムタイマ22aがカウントを開始する。そして、デッドタイムタイマ22aのカウント値が第1のデッドタイム設定レジスタ24aの設定値に達したとき、上相信号SUが立ち上がり、第1のデッドタイムt1が設定される。その後、周期タイマ14のカウント値がデューティ設定レジスタ16の設定値に達したとき、原PWM信号PWM0が立ち下がるとともに、上相信号SUが立ち下がる。
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the semiconductor device of FIG. As shown in FIG. 6, at the same time when the
このとき、第2のデッドタイムタイマ22bがカウントを再び開始し、そのカウント値が第2のデッドタイム設定レジスタ24bの設定値に達したとき、下相信号SLが立ち上がり、第2のデッドタイムt2が設定される。その後、周期タイマ14のカウント値が周期設定レジスタ12の設定値に達したとき、下相信号SLが立ち下がる。
At this time, the second
以上のように本実施形態でも、第1のPWM信号の立ち上がり時に付加する第1のデッドタイムと、第2のPWM信号の立ち上がり時に付加する第2のデッドタイムとを、個別に設定することができる。また、第1および第2の実施形態と対比すると、デッドタイムタイマを1個追加した構成となるが、本実施形態によると、割込み処理内でデッドタイム時間設定を切り替える必要がないので、CPUに負担をかけることなく実現が可能となる。 As described above, in the present embodiment as well, the first dead time added at the rise of the first PWM signal and the second dead time added at the rise of the second PWM signal can be individually set. it can. Further, in comparison with the first and second embodiments, the configuration is such that one dead time timer is added. However, according to the present embodiment, it is not necessary to switch the dead time time setting in the interrupt processing, so that the CPU This can be realized without imposing a burden.
また、本実施形態で追加されるタイマは単純に設定された時間を計測するだけのものであるため、従来からマイコンに搭載されているタイマを転用することができ、容易に実現が可能である。 Further, since the timer added in the present embodiment simply measures the set time, the timer conventionally mounted on the microcomputer can be diverted and can be easily realized. .
(第4の実施形態)
図7は本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図であり、図3と共通の構成要素については図3と同一の符号を付している。図3と異なるのは、デッドタイム付加部2Cにおいて、デッドタイムタイマおよびエッジ検出部が省かれ、代わりに、比較器26および付加相判別器27が設けられている点である。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. Components common to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as in FIG. The difference from FIG. 3 is that a dead time timer and an edge detecting unit are omitted in the dead time adding unit 2C, and a
比較器26は周期タイマ14のカウント値を、第1および第2のデッドタイム設定レジスタ24a,24bと比較する。付加相判別器27は、比較器26が比較一致を検出した場合、第1のデッドタイム設定レジスタ24aとの比較一致のときは第1のデッドタイム挿入部25aに第1のデッドタイムの挿入を指示する一方、第2のデッドタイム設定レジスタ24bとの比較一致のときは第2のデッドタイム挿入部25bに第2のデッドタイムの挿入を指示する。
The
図8は図7の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。図8に示すように、周期タイマ14のカウント開始と同時に、原PWM信号PWM0が立ち上がる。そして、周期タイマ14のカウント値が第1のデッドタイム設定レジスタ24aの設定値に達したことが比較器26によって検知されたとき、上相信号SUが立ち上がり、第1のデッドタイムt1が設定される。その後、周期タイマ14のカウント値がデューティ設定レジスタ16の設定値に達したとき、原PWM信号PWM0が立ち下がるとともに、上相信号SUが立ち下がる。このとき、比較器26の比較基準が、第1のデッドタイム設定レジスタ24aの設定値から第2のデッドタイム設定レジスタ24bの設定値に切り替えられる。
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the semiconductor device of FIG. As shown in FIG. 8, the original PWM signal PWM0 rises at the same time when the
さらに、周期タイマ14のカウント値が第2のデッドタイム設定レジスタ24bの設定値に達したとき、下相信号SLが立ち上がり、第2のデッドタイムt2が設定される。その後、周期タイマ14のカウント値が周期設定レジスタ12の設定値に達したとき、下相信号SLが立ち下がる。このとき、第1および第2のバッファレジスタ23a,23bから第1および第2のデッドタイム設定レジスタ24a,24bにデータ転送されるとともに、比較器26の比較基準が、第2のデッドタイム設定レジスタ24bの設定値から第1のデッドタイム設定レジスタ24bの設定値に切り替えられる。
Further, when the count value of the
以上のように本実施形態でも、第1のPWM信号の立ち上がり時に付加する第1のデッドタイムと、第2のPWM信号の立ち上がり時に付加する第2のデッドタイムとを、個別に設定することができる。また、周期タイマを利用することによって、デッドタイムタイマを省くことができ、構成が簡易になる。また、比較器の回路は、一般的なマイコンに搭載されている回路を転用すればよく、容易に実現可能である。 As described above, in the present embodiment as well, the first dead time added at the rise of the first PWM signal and the second dead time added at the rise of the second PWM signal can be individually set. it can. Further, by using the periodic timer, the dead time timer can be omitted, and the configuration is simplified. Further, the circuit of the comparator can be easily realized by diverting a circuit mounted in a general microcomputer.
(第5の実施形態)
図9は本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図であり、図7と共通の構成要素については図7と同一の符号を付している。図7と異なるのは、デッドタイム付加部2Dにおいて、第1および第2のデッドタイム設定レジスタ24a,24bのそれぞれに対応して、第1および第2の比較器26a,26bが設けられている点である。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. Components common to FIG. 7 are denoted by the same reference numerals as in FIG. The difference from FIG. 7 is that the dead
図10は図9の半導体装置の動作を示すタイミングチャートであり、基本的な動作は第4の実施形態と同様である。ただし、比較器の比較基準を切り換える必要がなく、動作がより簡易になっている。 FIG. 10 is a timing chart showing the operation of the semiconductor device of FIG. 9, and the basic operation is the same as that of the fourth embodiment. However, there is no need to switch the comparison reference of the comparator, and the operation is simpler.
すなわち、本実施形態では、第4の実施形態と比べると比較器を1個追加した構成になっているが、第4の実施形態のように比較基準を切り替える必要がない。しかも、同じ回路を2個並べた単純な構成で実現可能である。また比較器の回路は、一般的なマイコンに搭載されている回路を転用すればよく、容易に実現可能である。 That is, in the present embodiment, one comparator is added as compared with the fourth embodiment, but there is no need to switch the comparison reference as in the fourth embodiment. Moreover, it can be realized with a simple configuration in which two identical circuits are arranged. Also, the circuit of the comparator may be a circuit mounted on a general microcomputer, and can be easily realized.
なお、モータ駆動用インバータ回路では、スイッチング回路が3相並列で構成されているので、上述の各実施形態で述べたデッドタイム付加機能を適用することができ、同様の効果が得られる。 In the motor drive inverter circuit, since the switching circuits are configured in three phases in parallel, the dead time addition function described in each of the above embodiments can be applied, and the same effects can be obtained.
(第6の実施形態)
図16は本発明の第6の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す図である。図16において、半導体装置31は上述の各実施形態で示したものと同様に構成されており、コイルによる加熱動作を行うインバータ回路32を、上相信号SUおよび下相信号SLを与えることによって制御する。半導体装置31はさらに、第1および第2のデッドタイムのうち少なくともいずれか一方が、デッドタイム切替入力に応じて設定変更可能なように、構成されている。デッドタイムの設定変更は例えば、上述した第1および第2のデッドタイム設定レジスタ24a,24bの設定値を、外部割込みに応じて、ソフトウェア制御によって変更することによって実現できる。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of an induction heating device according to a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 16, a semiconductor device 31 has the same configuration as that shown in each of the above embodiments, and controls an inverter circuit 32 that performs a heating operation by a coil by supplying an upper phase signal SU and a lower phase signal SL. I do. The semiconductor device 31 is further configured such that at least one of the first and second dead times can be changed in accordance with a dead time switching input. The dead time setting can be changed, for example, by changing the set values of the first and second dead
本実施形態におけるデッドタイムの変更制御について、図17を参照して説明する。図17は図16の誘導加熱装置において、デッドタイム設定が不適切な状態で加熱を開始したときの出力変化を示すタイミングチャートである。まず、一旦、通常の加熱シーケンスに従って出力が増加するが、デッドタイムが適切に設定されていない場合は、インバータ回路32は異常加熱を示す異常信号SAを出力する(要因発生)。半導体装置31はこの異常信号をデッドタイム切替入力として受けたとき、デッドタイムの設定変更を実行する。すなわち、デッドタイム切換え入力を外部割込み入力として即座に加熱を停止した後、速やかにデッドタイム設定を変更して、適切なデッドタイム設定値での加熱を開始する。これにより、その後は正常に動作する。 The control for changing the dead time in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a timing chart showing an output change when heating is started in a state where the dead time setting is inappropriate in the induction heating device of FIG. First, once the output increases in accordance with the normal heating sequence, but if the dead time is not properly set, the inverter circuit 32 outputs an abnormal signal SA indicating abnormal heating (factor generation). When the semiconductor device 31 receives this abnormal signal as a dead time switching input, the semiconductor device 31 changes the dead time setting. That is, after the heating is immediately stopped by using the dead time switching input as an external interrupt input, the dead time setting is immediately changed, and heating with an appropriate dead time set value is started. Thereby, it operates normally thereafter.
ここで、異常信号とは、過電流や過電圧の検知の結果、出力される。例えば、加熱センサーの出力と正常範囲に設定された数値とをコンパレータ等によって比較し、センサー出力が正常範囲外である場合に、出力される。このような異常信号の出力機構は、従来からインバータ回路に備わっているので、詳細な説明は割愛する。 Here, the abnormal signal is output as a result of detecting an overcurrent or an overvoltage. For example, the output of the heating sensor is compared with a numerical value set in a normal range by a comparator or the like, and is output when the sensor output is out of the normal range. Since the output mechanism of such an abnormal signal is conventionally provided in the inverter circuit, a detailed description is omitted.
(第7の実施形態)
図18は本発明の第7の実施形態に係る誘導加熱装置の構成を示す図である。図18において、半導体装置41は上述の各実施形態で示したものと同様に構成されており、コイルによる加熱動作を行うインバータ回路42を、上相信号SUおよび下相信号SLを与えることによって制御する。半導体装置41はさらに、第1および第2のデッドタイムのうち少なくともいずれか一方が、デッドタイム切替入力に応じて設定変更可能なように、構成されている。
(Seventh embodiment)
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of an induction heating device according to a seventh embodiment of the present invention. In FIG. 18, a semiconductor device 41 has the same configuration as that shown in each of the above embodiments, and controls an inverter circuit 42 that performs a heating operation by a coil by supplying an upper phase signal SU and a lower phase signal SL. I do. The semiconductor device 41 is further configured such that at least one of the first and second dead times can be changed in accordance with a dead time switching input.
本実施形態におけるデッドタイムの変更制御も、第6の実施形態と同様に、図17に示すように実行される。インバータ回路42は、加熱コイル電流の電流値を示すアナログ信号SBをデッドタイム切替入力として出力する。半導体装置41はA/D変換器43を有しており、受けたアナログ信号SBをA/D変換器43によってAD変換する。そしてその変換値が正常時における所定範囲外にあるとき、即座に加熱を停止した後、速やかにデッドタイム設定を変更して、適切なデッドタイム設定値での加熱を開始する。
The control for changing the dead time in the present embodiment is also executed as shown in FIG. 17, similarly to the sixth embodiment. The inverter circuit 42 outputs an analog signal SB indicating the current value of the heating coil current as a dead time switching input. The semiconductor device 41 has an A /
本実施形態では、上述の第6の実施形態と比べると、インバータ回路42における異常加熱を検知するための判定値を、半導体装置41側で例えばソフトウェアによって容易に変更できる、というメリットがある。 This embodiment has an advantage that the determination value for detecting abnormal heating in the inverter circuit 42 can be easily changed on the semiconductor device 41 side by, for example, software, as compared with the above-described sixth embodiment.
なお、上述の第6および第7の実施形態において、デッドタイムの設定値については、加熱を開始する際の初期値は、ある特定の特性を持つ加熱対象物用の値に設定しておき、これ以外に、他に想定される,特性の異なる加熱対象物用の値を、変更候補として数種類準備しておけばよい。そして、例えばソフトウェア等によって、デッドタイムの設定値を順次切換えることによって、対象物に応じた最適な加熱特性を実現することができる。例えば、誘導加熱装置の一例であるIH調理器において、従来加熱できなかったアルミ等のナベ用と、従来の鉄等のナベ用とでデッドタイム設定値をそれぞれ準備しておき、これら2種類の設定値を切換えることによって、それぞれに最適な制御を実現することができる。 In the above-described sixth and seventh embodiments, regarding the set value of the dead time, the initial value at the time of starting the heating is set to a value for a heating target having a specific characteristic, In addition to this, it is only necessary to prepare several types of other assumed values for the heating target having different characteristics as change candidates. Then, for example, by sequentially switching the set value of the dead time by software or the like, it is possible to realize an optimal heating characteristic according to the object. For example, in an IH cooker, which is an example of an induction heating device, dead time setting values are prepared for a pan for aluminum or the like and a conventional pan for iron or the like which could not be heated conventionally, and these two types are used. By switching the set values, optimal control can be realized for each.
以上説明したように、本発明では、相補PWM信号において、デッドタイムを個別に設定できるので、例えば、IH調理器のような誘導加熱装置におけるインバータ制御を、従来よりも柔軟に、実現することができる。 As described above, in the present invention, since the dead time can be set individually in the complementary PWM signal, for example, inverter control in an induction heating device such as an IH cooker can be realized more flexibly than in the past. it can.
1 相補PWM生成部
2,2A,2B,2C,2D デッドタイム付加部
22 デッドタイムタイマ
22a 第1のデッドタイムタイマ
22b 第2のデッドタイムタイマ
24a 第1のデッドタイム設定レジスタ
24b 第2のデッドタイム設定レジスタ
26 比較器
26a 第1の比較器
26b 第2の比較器
31,41 半導体装置
32,42 インバータ回路
PWM1 第1のPWM信号
PWM2 第2のPWM信号
SA 異常信号
SB アナログ信号
1 Complementary
Claims (11)
前記第1のPWM信号の立ち上がり時に第1のデッドタイムを付加するとともに、前記第2のPWM信号の立ち上がり時に第2のデッドタイムを付加するデッドタイム付加部とを備え、
前記デッドタイム付加部は、
前記第1のデッドタイムと、前記第2のデッドタイムとを、個別に設定可能に構成されている
ことを特徴とする半導体装置。 A complementary PWM generator that generates a first PWM signal and a second PWM signal that is an inverted signal of the first PWM signal;
A dead time adding unit that adds a first dead time when the first PWM signal rises and adds a second dead time when the second PWM signal rises;
The dead time adding unit,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first dead time and the second dead time can be individually set.
前記デッドタイム付加部は、
デッドタイムタイマと、
第1および第2のデッドタイム設定レジスタとを備え、
前記デッドタイムタイマの値が前記第1のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第1のデッドタイムとして設定するとともに、前記デッドタイムタイマの値が前記第2のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第2のデッドタイムとして設定する
ことを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The dead time adding unit,
A dead time timer,
A first and a second dead time setting register,
The time until the value of the dead time timer reaches the value set in the first dead time setting register is set as the first dead time, and the value of the dead time timer is set in the second dead time setting. A semiconductor device, wherein a time until a set value of a register is reached is set as the second dead time.
前記第1および第2のデッドタイム設定レジスタは、直列に配置されている
ことを特徴とする半導体装置。 In claim 2,
The semiconductor device, wherein the first and second dead time setting registers are arranged in series.
前記第1および第2のデッドタイム設定レジスタは、並列に配置されている
ことを特徴とする半導体装置。 In claim 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second dead time setting registers are arranged in parallel.
前記デッドタイム付加部は、
第1および第2のデッドタイムタイマと、
第1および第2のデッドタイム設定レジスタとを備え、
前記第1のデッドタイムタイマの値が前記第1のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第1のデッドタイムとして設定するとともに、前記第2のデッドタイムタイマの値が前記第2のデッドタイム設定レジスタの設定値に達するまでの時間を、前記第2のデッドタイムとして設定する
ことを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The dead time adding unit,
First and second dead time timers;
A first and a second dead time setting register,
The time until the value of the first dead time timer reaches the set value of the first dead time setting register is set as the first dead time, and the value of the second dead time timer is A semiconductor device, wherein a time until a set value of a second dead time setting register is reached is set as the second dead time.
前記デッドタイム付加部は、
第1および第2のデッドタイム設定レジスタと、
前記相補PWM生成部が有する周期タイマのカウンタ値を、前記第1および第2のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する比較器とを備え、
前記比較器による前記第1のデッドタイム設定レジスタの設定値との比較結果を基にして、前記第1のデッドタイムを設定するとともに、前記比較器による前記第2のデッドタイム設定レジスタの設定値との比較を基にして、前記第2のデッドタイムを設定する
ことを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The dead time adding unit,
First and second dead time setting registers;
A comparator for comparing a counter value of a periodic timer of the complementary PWM generation unit with a set value of the first and second dead time setting registers;
The first dead time is set based on a result of comparison with the set value of the first dead time setting register by the comparator, and the set value of the second dead time setting register by the comparator is set. Wherein the second dead time is set based on a comparison with the above.
前記デッドタイム付加部は、
第1および第2のデッドタイム設定レジスタと、
前記相補PWM生成部が有する周期タイマのカウンタ値を、前記第1のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する第1の比較器と、
前記周期タイマのカウンタ値を、前記第2のデッドタイム設定レジスタの設定値と比較する第2の比較器とを備え、
前記第1の比較器による比較結果を基にして、前記第1のデッドタイムを設定するとともに、前記第2の比較器による比較結果を基にして、前記第2のデッドタイムを設定する
ことを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The dead time adding unit,
First and second dead time setting registers;
A first comparator for comparing a counter value of a periodic timer of the complementary PWM generation unit with a set value of the first dead time setting register;
A second comparator for comparing a counter value of the period timer with a set value of the second dead time setting register,
Setting the first dead time based on the comparison result by the first comparator and setting the second dead time based on the comparison result by the second comparator. Characteristic semiconductor device.
デッドタイム切替入力に応じて、前記第1および第2のデッドタイムのうち少なくともいずれか一方が、設定変更可能なように構成されている
ことを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
A semiconductor device, wherein at least one of the first and second dead times is configured to be changeable in response to a dead time switching input.
前記インバータ回路が、前記半導体装置に、前記デッドタイム切替入力として信号を与え、
前記半導体装置が、受けた前記デッドタイム切替入力に応じて、前記第1および第2のデッドタイムのうち少なくとも一方を、設定変更する
ことを特徴とする制御方法。 9. An induction heating device comprising: an inverter circuit for performing a heating operation by a coil; and the semiconductor device according to claim 8, wherein the inverter circuit is controlled by applying the first and second PWM signals to which a dead time is added. ,
The inverter circuit provides a signal to the semiconductor device as the dead time switching input,
A control method, wherein the semiconductor device changes setting of at least one of the first and second dead times according to the received dead time switching input.
前記インバータ回路は、前記デッドタイム切替入力として、異常加熱を示す異常信号を出力し、
前記半導体装置は、前記異常信号を受けたとき、前記設定変更を実行する
ことを特徴とする制御方法。 In claim 9,
The inverter circuit outputs an abnormal signal indicating abnormal heating as the dead time switching input,
The control method, wherein the semiconductor device executes the setting change when receiving the abnormal signal.
前記インバータ回路は、前記デッドタイム切替入力として、加熱コイル電流の電流値を示すアナログ信号を出力し、
前記半導体装置は、受けた前記アナログ信号をAD変換し、変換値が所定範囲外にあるとき、前記設定変更を実行する
ことを特徴とする制御方法。 In claim 9,
The inverter circuit outputs an analog signal indicating a current value of a heating coil current as the dead time switching input,
The control method, wherein the semiconductor device performs A / D conversion on the received analog signal and executes the setting change when the converted value is outside a predetermined range.
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