JP2010010762A - パワー半導体の駆動回路装置およびそれに用いる信号伝達回路装置 - Google Patents

パワー半導体の駆動回路装置およびそれに用いる信号伝達回路装置 Download PDF

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Abstract

【課題】制御出力信号が制御入力信号を忠実に復元しているか否かを検出、監視する自己診断機能を備えたパワー半導体の駆動回路装置および信号伝達回路装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
パワー半導体の駆動回路装置30は、制御入力信号Sinを生成する電子制御装置32と、主経路34と自己診断機能38を有する信号伝達回路装置300と、信号伝達回路装置300からの制御出力信号Soutで駆動されるパワー半導体40とを備える。自己診断機能38は帰還パルス送信回路360、第2信号伝達回路370および第2受信回路380を有する。第2受信回路380では制御出力信号Soutが制御入力信号Sinに一致しているか、または不一致であるかを比較し、比較した結果を比較信号出力端子390に出力する。比較信号出力端子390に出力された信号は電子制御装置32に伝達される。
【選択図】図1

Description

本発明は、パワー半導体の駆動回路装置およびそれに用いる信号伝達回路装置に関し、特にハイブリッド自動車、電気自動車、インバータ、サーボ制御装置等の主回路に用いられる炭化珪素(SiC)半導体素子、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)およびMOSFET等のいわゆるパワー半導体を駆動するものに関する。
図10は、従来のたとえばハイブリッド自動車等に搭載されたモータを駆動するためのパワー半導体の駆動回路装置およびそれに用いる信号伝達回路装置を示す。パワー半導体の駆動回路装置30Aは、電子制御装置32、信号伝達回路装置300A、パワー半導体40およびモータ50を備えている。電子制御装置32はたとえばハイブリッド自動車等に搭載されたモータ50をパワー半導体40を介して制御するための制御入力信号を生成する。信号伝達回路装置300Aは、送信パルス生成回路320、信号伝達回路330Aおよび受信回路340Aを備える。信号伝達回路330Aには信号伝達回路装置300Aの送信側と受信側を直流的に絶縁するために、フォトカプラまたはトランスを用いる。
図11は特許文献1、図1に示された信号伝達回路装置である。この信号伝達回路装置は、送信回路部11、受信回路部12および信号伝達回路17を備える。送信回路部11は信号発生回路13、立上り検出回路14および立下り検出回路15を備える。受信回路部12は信号処理回路16を備える。信号伝達回路17は、送信回路部11で生成した伝達信号を送信回路部12に伝達するとともに両者の回路部のアイソレータとして用いられる。信号伝達回路17には1回路または2回路のパルストランスが用いられている。
特許文献1の特徴は、アイソレータ、すなわち信号伝達回路17をフォトカプラに替えてパルストランスを用いることにある。これによって信号伝達時のタイミングのずれがより少なくなり、更なる消費電力の低減を図るものである。
図12は特許文献2、図1に示されたアイソレータであり、アイソレータ100は、グリッチフィルタ101、エッジ検出器102,104、インバータ106、トランス108,120、フリップフロップ110を備える。トランス108は、1次巻線108A、2次巻線108Bを備え、トランス120は1次巻線120A、2次巻線120Bを備える。1次巻線108A,120Aは接地電位A(GND A)に、2次巻線108B,120Bは接地電位Aとは直流的に絶縁された別の接地電位B(GND B)に各別に接続されている。
また、特許文献2、図8を参照すると、第1基板804側に送信回路802、1次巻線としての機能を有するトップコイル806Aおよび接地電位A(GND A)等を設け、第2基板808側には受信回路810、2次巻線としての機能を有するボトムコイル806Bおよび接地電位B(GND B)等が設けられている。特許文献2にはICチップ上にトランスを含むアイソレータを形成するという技術的思想が示唆されている。
特開平9−8624号公報 米国特許第7075329号明細書
しかしながら、図10に示すパワー半導体の駆動回路装置は、電子制御装置32で生成した制御入力信号Sinをパワー半導体40およびモータ50側に一方的に送信するものである。このため、パワー半導体の駆動回路装置30Aに何らかの不具合が生じた場合、その不具合を検知し、その不具合を解消し、また、回避する手段を兼ね備えていない。
また、特許文献1はパルストランスを用いる信号伝達回路装置の基本回路動作を教示するも、信号伝達の遅れ対策やノイズによる誤動作対策等については何ら示唆していない。特許文献2に示されたアイソレータをICチップ上に形成する場合、トランスの1次巻線、2次巻線は同一チップ上に絶縁膜を介して多層配線で形成するのが一般的である。こうした構成下ではICチップ上に形成されたトップコイル(1次巻線または2次巻線)とボトムコイル(2次巻線または1次巻線)との間に絶縁膜が存在しているため不所望な相互干渉や電気的特性に不具合が生じ得る。こうした不具合が生じると送信側の信号が忠実に受信側に伝達されないことになり、本来の信号伝達回路装置の機能を十分に発揮できなくなる。本発明はこうした不具合を克服したものであって、パワー半導体の駆動回路装置、信号伝達回路装置、送信信号および受信信号に何らかの変化や不具合が生じた場合、その変化、不具合を検出、監視するための自己診断機能を備えたパワー半導体の駆動回路装置および信号伝達回路装置を提供することを目的とする。
本明細書において、「復元」とは元の信号の形態、位置に戻すことである。たとえば出力信号を例にすると、信号入力端子に入力された制御入力信号は信号出力端子に至るまでに各種各様の信号に変換または整形されるが、信号出力端子に出力される時点では制御出力信号は元の制御入力信号の形態、位置に戻される。この状態を「復元」と称する。
また本明細書において「等価」とは、回路機能に支障が生じない程度に信号形態、信号の位置が所定の範囲に収まっていることを指す。
また本明細書において「送信側」、「受信側」とは、信号を送る回路部を「送信側」、送られてきた信号を受け取る回路部を「受信側」としてそれぞれ称する。いわゆる信号の授受の関係からみて、授ける方を「送信側」とし、受ける方を「受信側」として区別する。また、本明細書において、「送信側」と「受信側」の境界は後述の第1信号伝達回路または第2信号伝達回路であるが、これらの信号伝達回路は「送信側」および「受信側」の両者の回路機能を合わせもっている。
また、本明細書において「直流的に絶縁する」とは絶縁すべき対象物が導体では接続されていないということである。
本発明のパワー半導体の駆動回路装置は、制御入力信号を生成する電子制御装置と、制御入力信号を復元した制御出力信号を生成する信号伝達回路装置と、信号伝達回路装置から出力された制御出力信号で駆動されるパワー半導体とを備えたパワー半導体の駆動回路装置において、信号伝達回路装置は、制御入力信号と制御出力信号とを比較し、かつ、比較した後、両者の信号の一致または不一致を表す信号を出力する自己診断機能を備える。自己診断機能の出力は電子制御装置に伝達され、電子制御装置は自己診断機能の出力に基づき信号伝達回路装置を制御するとともにパワー半導体の動作を制御することができる。
こうした構成のパワー半導体の駆動回路装置は、自己診断機能において、パワー半導体を駆動する制御出力信号と基本信号である制御入力信号とを比較して、制御出力信号が忠実に復元されているか否かを表す信号を、制御入力信号を生成する電子制御装置に伝達する。電子制御装置は、両者の信号が仮に「不一致」、すなわち、制御出力信号が制御入力信号を忠実に復元できていない場合には、パワー半導体の駆動回路装置に何らかの不具合や外来ノイズ等によって正規の動作状態から逸脱していると判定する。
また、本発明の信号伝達回路装置は、制御入力信号が入力される信号入力端子と、制御入力信号を復元した制御出力信号が出力される信号出力端子とを備える信号伝達回路装置であって、制御入力信号に同期した送信パルス信号を生成する送信パルス生成回路と、送信パルス信号を後段に伝達する第1信号伝達回路と、第1信号伝達回路から出力された送信パルス信号を受信し、かつ、制御入力信号とほぼ等価な信号に復元する第1受信回路と、復元した信号を制御出力信号として出力する信号出力端子と、制御出力信号に同期した帰還パルス信号を生成する帰還パルス送信回路と、帰還パルス信号を後段に伝達する第2信号伝達回路と、制御入力信号および帰還パルス信号を受信し、かつ、これら両者の信号を比較する第2受信回路とを備えている。
また、本発明の別の信号伝達回路装置において、送信パルス生成回路は制御入力信号の立上りエッジおよび立下りエッジを検出して送信パルス信号を生成するエッジ検出器を備える。第1信号伝達回路はパルス信号が1次巻線に入力され、2次巻線から送信パルス信号とほぼ等価なパルス信号を出力するトランスを備える。第2受信回路は制御入力信号を復元した信号を出力するDフリップフロップを備える。帰還パルス送信回路は制御出力信号に同期し、かつ、制御出力信号のハイの期間またはローの期間に連続パルスを有する帰還パルス信号を生成するパルス生成回路を備える。第2信号伝達回路は1次巻線に帰還パルス信号が出力され2次巻線から帰還パルス信号とほぼ等価なパルス信号が出力される帰還トランスを備える。
本発明のさらに別の信号伝達回路装置において、送信パルス生成回路は制御入力信号の立上りエッジを検出して第1送信パルス信号を生成する第1エッジ検出器と、制御入力信号の立下りエッジを検出して第2送信パルス信号を生成する第2エッジ検出器とを備える。第1信号伝達回路は第1送信パルス信号および第2送信パルス信号がそれぞれの1次巻線に各別に入力され、それぞれの2次巻線から第1送信パルス信号および第2送信パルス信号とほぼ等価なパルス信号が各別に出力される第1トランスおよび第2トランスとを備える。第1受信回路は第1トランスおよび第2トランスの各2次巻線から出力されたパルス信号がセット端子およびリセット端子に各別に入力されるRSフリップフロップとを備える。RSフリップフロップの出力は信号出力端子に出力される。帰還パルス送信回路は、制御出力信号に同期し、かつ、制御出力信号のハイの期間またはローの期間に連続パルスを有する帰還パルス信号を生成するパルス生成回路を備える。第2信号伝達回路は連続パルスが1次巻線に入力され2次巻線から連続パルスとほぼ等価な連続パルス信号が出力される帰還トランスを備えている。
本発明のさらに別の信号伝達回路装置において、送信パルス生成回路は制御入力信号の立上りエッジを検出して第1送信パルス信号を生成する第1エッジ検出器と、制御入力信号の立下りエッジを検出して第2送信パルス信号を生成する第2エッジ検出器を備える。第1信号伝達回路は第1送信パルス信号および第2送信パルス信号がそれぞれの1次巻線に各別に入力され、それぞれの2次巻線から第1送信パルス信号および第2送信パルス信号とほぼ等価なパルス信号が各別に出力される第1トランスおよび第2トランスとを備える。第1受信回路は第1トランスおよび第2トランスの各2次巻線から出力されたパルス信号がセット端子およびリセット端子に各別に入力されるRSフリップフロップを備える。RSフリップフロップの出力は信号出力端子に出力される。帰還パルス送信回路は、信号出力端子に出力された制御出力信号の立上りエッジを検出して第1帰還パルス信号を生成する第3エッジ検出器および制御出力信号の立下りエッジを検出して第2帰還パルス信号を生成する第4エッジ検出器とを備える。第2信号伝達回路は第1帰還パルス信号および第2帰還パルス信号がそれぞれの1次巻線に各別に入力され、2次巻線からは各別にパルス信号が出力される第1帰還トランスおよび第2帰還トランスを備える。第2受信回路は第1帰還トランスおよび第2帰還トランスの2次巻線から各別に出力されたパルス信号がセット端子およびリセット端子に各別に入力されるRSフリップフロップを備える。
上記の各信号伝達回路装置は、自己診断機能を備え、かつ、自己診断機能の送信側と受信側は帰還トランスによって直流的に極めて高い抵抗をもって絶縁されているので送信側と受信側との間で生じ得る干渉を排除する。かつ、制御出力信号が制御入力信号を忠実に復元できていない場合には、パワー半導体の駆動回路装置に何らかの不具合や外来ノイズ等によって正規の動作状態から逸脱していると判定し、たとえば、信号伝達回路装置への電源電圧や信号の供給を停止させて、不具合を排除したり回避したりすることができる
本発明のさらに別の信号伝達回路装置において、第2受信回路は、エクスクルーシブOR回路を備えている。
本発明のさらに別の信号伝達回路装置において、第2受信回路は、帰還パルス信号を制御入力信号とほぼ同じ形態、位置の信号に整形する波形整形回路を備えている。
本発明のさらに別の信号伝達回路装置において、各トランスの1次巻線と2次巻線は互いに別々の接地電位に接続されている。これによれば、送信側と受信側の直流的な絶縁度を高めるとともに、外部ノイズからの影響を排除して耐ノイズ特性を高めることができる。
本発明のパワー半導体の駆動回路装置および信号伝達回路装置は自己診断機能を備えているので、パワー半導体やモータに生じ得る不具合を事前に検知し、検知した信号に基づきパワー半導体および信号伝達回路装置の動作を安全領域に設定することができる。
(第1の実施の形態)
図1は第1の実施の形態にかかり、たとえばモータを駆動するパワー半導体の駆動回路装置を示す。パワー半導体の駆動回路装置30は、電子制御装置32、信号伝達回路装置300、パワー半導体40とを備える。電子制御装置32は、たとえばハイブリッド自動車の制御機構との間で信号のやりとりを行って車全体の制御を行う。電子制御装置32は、パワー半導体40およびモータ50を駆動するための制御入力信号Sinを生成する。
電子制御装置32で生成された制御入力信号Sinは信号入力端子310を介して信号伝達回路装置300に入力される。信号伝達回路装置300は主経路34および自己診断機能38を備える。主経路34は、送信パルス生成回路320、第1信号伝達回路330および第1受信回路340を備える。制御入力信号Sinは主経路34で信号処理された後、信号出力端子350を介してパワー半導体40に入力される。パワー半導体40はモータ50を駆動する。
主経路34は、第1信号伝達回路330を境にして、送信側と受信側とに分けることができる。第1信号伝達回路330は、送信側と受信側の両者の回路機能を兼ね備えている。
本発明にかかる信号伝達回路装置300は、主経路34の他に自己診断機能38を兼ね備えている。自己診断機能38は、帰還パルス送信回路360、第2信号伝達回路370および第2受信回路380を備える。自己診断機能38には、制御入力信号Sinが導出線312を介して、また、制御出力信号Soutが導出線352を介してそれぞれ入力されている。導出線352を介して自己診断機能38に入力された制御出力信号Soutは、帰還パルス送信回路360、で所定のパルス信号に変換された後、第2信号伝達回路370を介して第2受信回路380に送信される。自己診断機能38も主経路34と同様に、第2信号伝達回路370を境にして送信側と受信側とに分けることができる。こうした分け方は後述の他の実施の形態にも適用することができる。
第2受信回路380は、制御出力信号Soutが制御入力信号Sinに対して“一致”しているか否か、または“不一致”であるか否かの信号比較を行う。両者の“一致”または“不一致”を表す信号は比較信号出力端子390に出力される。比較信号出力端子390に出力された信号は電子制御装置32に伝達される。たとえば、両者の信号が“不一致”である旨の信号が電子制御装置32に伝達された場合は、電子制御装置32は、信号伝達回路装置300を介してパワー半導体40に生じ得る不具合を排除する。たとえば、パワー半導体40の動作をオン状態からオフ状態に制御する。
ここで、信号伝達回路装置300について詳述する。信号伝達回路装置300は、たとえばハイブリッド車、電気自動車に搭載されるモータを駆動するための制御入力信号Sinが入力される信号入力端子310を備える。送信パルス生成回路320は制御入力信号Sinに同期した送信パルス信号Spを生成する。送信パルス信号Spは後段の第1信号伝達回路330に入力される。通常、第1信号伝達回路330での消費電力を低減させるために送信パルス信号Spのパルス幅は制御入力信号Sinのそれよりも十分に小さく設定される。
第1信号伝達回路330の主回路にはその前段の送信パルス生成回路320と、その後段の第1受信回路340とを直流的に絶縁するためにアイソレータを用いる。アイソレータとしては一般的にフォトカプラやトランスを用いる。近年、アイソレータは、ICチップ上にコイルを形成し、このコイルをトランスの1次巻線および2次巻線に適用したトランスが用いられてきている。第1の実施の形態ではアイソレータとしてフォトカプラおよびトランスのいずれにも適用することができる。
第1信号伝達回路330の出力側からは送信パルス信号Spとほぼ等価なパルス信号が出力され、そのパルス信号は第1受信回路340の入力側に伝達される。第1受信回路340の出力側には信号入力端子310に入力された制御入力信号Sinが復元された制御出力信号Soutが出力される。制御入力信号Sinと同じ形態、位置に復元された制御出力信号Soutは信号出力端子350に出力される。送信パルス生成回路320、第1信号伝達回路330および第1受信回路340によって主経路34が構成されている。この種の信号伝達回路装置において主経路34は従前よく知られている。
本発明の1つの特徴は、主経路34に加えて自己診断機能38を設けることにある。自己診断機能38は、帰還パルス送信回路360、第2信号伝達回路370および第2受信回路380によって構成される。自己診断機能38の入力信号は信号出力端子350に出力された制御出力信号Soutであり、導出線352を介して帰還パルス送信回路360の入力側に入力される。
主経路34および自己診断機能38はそれぞれ第1信号伝達回路330および第2信号伝達回路370を境界にしてそれぞれ「送信側」と「受信側」とに分けることができる。なお、こうした分け方は後述の他の実施の形態においても同様であるが、図面が煩雑になるので、他の実施の形態にかかる図面ではこうした「送信側」、「受信側」なる表示は割愛している。
信号出力端子350の後段には、炭化珪素(SiC)半導体素子、IGBT、MOSFET等いわゆるパワー半導体が接続される。制御出力信号Soutはこれらパワー半導体の駆動信号として用いられる。
本発明において、自己診断機能とは、制御入力信号Sinと制御出力信号Soutとを比較して両者の信号の相違を検出し、信号伝達の良否を判定することである。自己診断機能は、信号の送信時、受信時には外部ノイズの到来の有無を含め信号授受の状態を検出、監視することはもちろんのこと、送信時、受信時以外の場合には信号伝達回路装置300そのものに不具合が生じているか否かを検出し、診断することができる。
制御出力信号Soutは導出線352を介して帰還パルス送信回路360に入力される。帰還パルス送信回路360は制御出力信号Soutに同期した帰還パルス信号Sfを生成する。帰還パルス信号Sfは第2信号伝達回路370を介して第2受信回路380に帰還される。第2受信回路380では制御入力信号Sinと第2信号伝達回路370から出力された帰還パルス信号を受信するとともに両者の信号を比較して、制御出力信号Soutが制御入力信号Sinを忠実に復元しているか否かを検出、監視する。
自己診断機能38を構成するにあたり留意すべきことは、第2信号伝達回路370の主回路には、第1信号伝達回路330のそれと同じものを用いることである。すなわち、第1信号伝達回路330の主回路をフォトカプラで構成した場合には第2信号伝達回路370の主回路もフォトカプラで構成する。
第1信号伝達回路330の主回路にトランスを用いた場合には第2信号伝達回路370の主回路にも同様にトランスを用いる。制御入力信号Sinまたはこれと等価な信号は導出線312を介して第2受信回路380に入力される。第2信号伝達回路370から出力された帰還パルス信号Sfは、後述の波形整形回路等により、制御入力信号Sinとほぼ等価な矩形波信号に波形整形された後、第2受信回路380において、制御入力信号Sinと比較され、一致または不一致を表す信号が比較信号出力端子390に導出される。本発明においては、たとえば両者の信号が一致および不一致の場合には、比較信号出力端子390にそれぞれローレベルおよびハイレベルの信号が出力される。もちろん、これらの信号の極性は逆転させてもよい。
比較信号出力端子390に出力された“一致”または“不一致”を表す信号は電子制御装置32に伝達される。電子制御装置32はその信号に基づき信号伝達回路装置300を介してたとえばパワー半導体40の動作をオン状態からオフ状態に切り換える。
本発明にかかる信号伝達回路装置300は約5Vの電源電圧で作動する。このことは後述の他の実施の形態でも同じである。
パワー半導体40には、たとえば炭化珪素(SiC)半導体素子、IGBT、MOSFET等が用いられ、パワー半導体40によって、たとえばハイブリッド自動車に搭載されるモータ50を駆動する。
(第2の実施の形態)
図2は第2の実施の形態にかかる信号伝達回路装置であり、図1と同じ箇所には同じ符号を用いた。図2は図1の一部を具体的な回路で示したものである。
図2に示す信号伝達回路装置300は信号入力端子310を備え、送信パルス生成回路320の主回路はエッジ検出器322で構成している。エッジ検出器322は、制御入力信号Sinの立上りエッジtrだけではなく、その立下りエッジtfも検出するものである。通常、エッジ検出器322は後段の第1信号伝達回路330での消費電力を低減させるために送信パルス信号Spのパルス幅は制御入力信号Sinのそれよりも小さく設定される。
第1信号伝達回路330の主回路はトランス331である。トランス331の1次巻線331aおよび2次巻線331bはICチップ上に形成することができる。1次巻線331aおよび2次巻線331bは同一ICチップ上に絶縁膜を介して多層配線で形成することができる。絶縁膜は1次巻線と2次巻線との間を直流的に絶縁させる機能を有する。第1信号伝達回路330には主回路のトランス331の他に信号の遅延時間が許容できる範囲で図示しないバッファや増幅器を設けてもよいが、信号に遅延が生じることに配慮しなければならない。ICチップ上に1次巻線および2次巻線を形成するという技術的思想は上記特許文献2にも示唆されている。
トランス331の1次巻線331aの一端には送信パルス信号Spが入力され、その他端は第1の接地電位GND Aに接続されている。2次巻線331bの一端は後段のDフリップフロップ342の入力端子CLに接続され、その他端は第2の接地電位GND Bに接続されている。Dフリップフロップ342は第1受信回路340の主回路を構成している。Dフリップフロップ342の入力端子CLに送信パルス信号Spとほぼ等価なパルス信号が入力されると、その出力端子Qには制御入力信号Sinを復元した制御出力信号Soutが出力され信号出力端子350に出力される。第1受信回路340にはDフリップフロップ342の他に図示しない波形整形回路や増幅器等を設けてもよい。
第1の接地電位GND Aと第2の接地電位GND Bは互いに直流的に絶縁されている。こうした構成によって、送信側と受信側すなわち送信パルス生成回路320と第1受信回路340との間を十分に高い抵抗と高い耐圧をもって絶縁することができる。たとえば、両者の間は数GΩ以上の抵抗と数百V以上の耐圧をもって絶縁することができる。なお、後述の各実施の形態で述べる各トランスについても同じことが言える。
帰還パルス送信回路360の主回路であるパルス生成回路362には導出線352を介して制御出力信号Soutが入力される。パルス生成回路362は制御出力信号Soutに同期した帰還パルス信号Sfを生成する。パルス生成回路362で生成する帰還パルス信号Sfのタイミングや周波数は、後段の帰還トランス372の消費電力の低減化が図れること、および第2受信回路380で制御入力信号Sinとの比較が容易になるように決めるとよい。
第2の実施の形態では、帰還パルス信号Sfのタイミングは、たとえば制御出力信号Soutがハイの期間またはローの期間に連続パルスを有するように設定されている。また、制御出力信号Soutがローの期間に限って生成させるようにしてもよいが、後段の第2受信回路380での信号比較の利便性に配慮しなければならない。信号比較の利便性を度外視するならば、少なくとも制御出力信号Soutのハイおよびローの少なくともいずれか一方の期間に帰還パルス信号Sfを生成させればよい。
パルス生成回路362は、たとえば矩形波信号(連続パルス信号)を生成する発振器と、この発振器から生成された発振パルス信号と、制御出力信号Soutとの論理積をとるための論理積回路で構成することができる。
第2信号伝達回路370には帰還トランス372の他に図示しないバッファや増幅器等を設けてもよい。送信パルス生成回路320、第1信号伝達回路330、第1受信回路340で構成される主経路34は、信号伝達時の信号遅延はできる限り小さく抑えなければならない。なぜならば、主経路34で処理される信号は直接パワー半導体の駆動回路に用いられるからである。これに対して、帰還パルス送信回路360、第2信号伝達回路370および第2受信回路380で構成される自己診断機能38にはある程度の信号遅延は許容することができる。なぜならば、自己診断機能38はいわゆる自己診断するための信号処理機能であって、直接パワー半導体の駆動には用いないからである。
第2受信回路380の主回路は入出力信号比較回路382で構成する。入出力信号比較回路382にはエクスクルーシブOR回路の他に波形整形回路を設けることができる。入出力信号比較回路382の第1入力端子382aおよび第2入力端子382bには、それぞれ制御入力信号Sinおよび帰還パルス信号Sfが入力される。第2受信回路380には入出力信号比較回路382の他にたとえば、バッファ、増幅器、位相遅延回路および各種の論理回路等を設けてもよい。
入出力信号比較回路382に設ける波形整形回路は、たとえばスイッチングトランジスタ、電流源、キャパシタ、インバータおよびコンパレータ等を用いて比較的容易に構成することができる。波形整形回路は帰還トランス372の2次巻線372bに出力された帰還パルス信号Sfを制御入力信号Sinとほぼ等価な矩形波信号に整形するものである。帰還パルス信号Sfは矩形波信号に整形され後、入出力信号比較回路382において、制御入力信号Sinに一致しているか否か(不一致)について比較される。両者の信号が比較され、一致または不一致を表す信号は比較信号出力端子390に導出される。
比較信号出力端子390に導出された“一致”または“不一致”を表す信号は、導出線314を介して電子制御装置32に伝達される。電子制御装置32はその信号に基づき信号伝達回路装置300を制御することができる。
図3は図2に示す第2の実施の形態にかかる各部の信号を示すタイミングチャートである。なお、図3(a)、(b)、(c1)、(d1)、(e1)、(f1)および(g1)は、制御出力信号Soutが制御入力信号Sinを忠実に復元している場合、すなわち、両者の信号が“一致”している場合の信号を模式的に示したものである。また、図3(a)、(b)、(c2)、(d2)、(e2)、(f2)および(g2)は両者の信号が“不一致”である期間が存在する場合を模式的に示している。なお、この種の信号の送受信においては、信号形態や信号位置に何らかの変化や位相遅延が生じるが、本明細書、本図面においてはこうしたことを無視しているので理解されたい。
図3(a)で示す制御入力信号Sinは、信号入力端子310に入力される。制御入力信号Sinはたとえばパワー半導体やモータの駆動信号として信号処理される。作図の都合上、制御入力信号Sinはたとえばハイ、ローの期間のそれぞれのパルス幅は25μsと等しくデューティ比が50%の信号を示している。パワー半導体やモータを駆動する駆動信号がパルス幅変調(PWM)されている場合には、制御入力信号Sinは時間の経過とともにデューティ比は変化する。
図3(b)で示す送信パルス信号Spは、エッジ検出器322から出力される。送信パルス信号Spはトランス331の1次巻線331aに入力される。2次巻線331bからは送信パルス信号Spとほぼ等価なパルス信号が出力される。送信パルス信号Spのパルス幅はたとえば0.1μsに設定されており制御入力信号Sinのパルス幅25μsに比べて十分に小さい。
図3(c1)で示す制御出力信号Sout1は、Dフリップフロップ342の出力端子Qに出力されるとともに信号出力端子350に出力される。Dフリップフロップ342はその入力端子CLに入力された信号を制御入力信号Sinに復元させるために用いる。なお、制御出力信号Sout1は正確には制御入力信号Sinとは信号形態および信号位置は異なるが作図および説明の都合上、制御入力信号Sinと制御出力信号Sout1は等価なものとして示している。なお、信号出力端子350の後段にはこの種の信号伝達回路装置で駆動されるパワー半導体が接続されている。
図3(d1)で示す帰還パルス信号Sfは、制御出力信号Sout1が制御入力信号Sinに一致している場合に、パルス生成回路362で生成されたものを示す。すなわち図3(d1)で示す帰還パルス信号Sfは制御出力信号Sout1に同期し、かつ、制御出力信号Sout1のハイの期間またはローの期間に連続パルスを有するタイミングで設定されている。もちろん、制御出力信号Sout1がローの期間に限って生成させるようにしてもよい。いずれにしても、後段の第2信号伝達回路370の消費電力および第2受信回路380の回路構成によって決めることができる。また、帰還パルス信号Sfのパルス幅およびその周波数fは、たとえば、それぞれ0.1μsおよびf=2MHzに設定することができる。また、帰還パルス信号Sfのデューティ比はたとえば20%に設定する。もちろんこうした大きさは限定されるものではなく、後段の帰還トランス372の消費電力および入出力信号比較回路382等の回路機能および回路構成によって決めるとよい。なお、帰還パルス信号Sfは帰還トランス372の1次巻線372aおよび2次巻線372bに伝達される。
図3(e1)で示す第1の整形パルス信号Ps11は、図3(d1)で示す帰還パルス信号Sfを第2受信回路380の主回路である入出力比較回路382に設けた第1のパルス整形回路で波形整形して生成されている。さらに第1の整形パルス信号Ps11は、基準電位Vrefに沿って波形整形され、後述の第2の整形パルス信号Ps12が生成される。入出力比較回路382の具体的な回路構成は後述する。
図3(f1)で示す第2の整形パルス信号Ps12は、図3(e1)で示す第1の整形パルス信号Ps11を、入出力比較回路382に設けた第2のパルス整形回路で波形整形して生成される。第2の整形パルス信号Ps12は、後述の入出力比較回路382に設けたエクスクルーシブOR回路の第2入力端子に入力される。その第1入力端子には制御入力信号Sinが入力される。
図3(g1)で示す比較回路出力Sref1は、入出力信号比較回路382に構成されたエクスクルーシブOR回路の出力がローレベルであったことを示す。エクスクルーシブOR回路の第1入力端子および第2入力端子に、それぞれ図3(a)で示す制御入力信号Sinおよび図3(f1)で示す第2の整形パルス信号Ps12が入力されるならば、その出力にはローレベルが出力される。すなわち、図3(g1)は制御出力信号Sout1が制御入力信号Sinを忠実に復元した状態、すなわち、両者の信号が“一致”している動作状態を示す。なお、エクスクルーシブOR回路の出力の次段にインバータを設けて、出力される信号の極性を反転させてもよい。
次に両者の信号が“不一致”である場合を説明する。図3(a)、(b)、(c2)、(d2)、(e2)、(f2)および(g2)は制御出力信号Sout2が制御入力信号Sinを忠実に復元していない、すなわち両者の信号が“不一致”の状態に置かれた場合の各部の信号を模式的に示したものである。なお、通常両者の信号が“不一致”である期間が存在する場合には、上記第1の実施の形態で述べたように、電子制御装置32によって、信号伝達回路装置300は何らかの制御を受ける。なお、図3(a)および(b)は両者の信号が“一致”の場合も“不一致”の場合も同じであるのでここでの説明は割愛する。
図3(c2)で示す制御出力信号Sout2は制御入力信号Sinを忠実に復元せずに信号出力端子350に出力されたものを模式的に示す。すなわち、制御出力信号Sout2は、忠実に復元されるべき正常な状態よりもパルス幅t1だけ大きくなったものを示した。なお、両者の信号が“一致”していると判定される場合であっても信号出力端子350に出力される制御出力信号は、制御入力信号Sinよりも位相が遅れ、かつ、信号の形態も少し異なるのが一般的である。しかし、図3(c2)に示す制御出力信号Sout2は、もはや、こうした許容範囲を大きく逸脱しており、両者の信号は“不一致”であるとみなしている。なお、両者の信号が不一致と判定されるべき制御出力信号Sout2の信号形態は、図3(c2)に示したものに限らない。
図3(d2)で示す帰還パルス信号Sfはパルス生成回路362で生成され、帰還トランス372の1次巻線372aおよび2次巻線372bに出力されたものを示す。帰還パルス信号Sfは、図3(c2)に示す制御入力信号Sinのハイの期間には存在はするが、制御入力信号Sinのハイの期間だけではなく、ローの期間までまたがって存在したものとして示した。こうした状態は、両者の信号は“不一致”であると判定すべきものである。
図3(e2)で示す第1の整形パルス信号Ps21は、図3(d2)で示す帰還パルス信号Sfを第2受信回路380の主回路である入出力信号比較回路382に設けた第1のパルス整形回路で波形整形して生成される。さらに第1の整形パルス信号Ps21は基準電位Vrefに沿って波形整形され、後述の第2の整形パルス信号Ps22が生成される。
図3(f2)で示す第2の整形パルス信号Ps22は、図3(e)で示す第1の整形パルス信号Ps21を入出力比較回路382に設けた第2のパルス整形回路で波形整形して生成される。
図3(g2)で示す比較回路出力Sref2は、入出力信号比較回路382に構成されたエクスクルーシブOR回路の出力、すなわち、比較信号出力端子390にハイレベルが出力されたものを示している。すなわち、制御出力信号Sout2は制御入力信号Sinを忠実に復元していなく、両者の信号は“不一致”である判定されるべき信号として処理される。なお、エクスクルーシブOR回路の出力の次段にインバータを設けて出力される信号の極性を反転させてもよい。エクスクルーシブOR回路の第1入力端子および第2入力端子に、それぞれ図3(a)で示す制御入力信号Sinおよび図3(f2)で示す第2の整形パルス信号Ps22が入力された場合、その出力には、期間t1がハイレベルの“不一致”を表す信号が出力される。もちろん、図3(g2)に示す比較回路出力Sref2の極性は反転させてもよい。
(第3の実施の形態)
図4は第3の実施の形態にかかる信号伝達回路装置である。図1および図2と同じ箇所には同じ符号を用いた。上記第2の実施の形態は主経路34および自己診断機能38それぞれに1つのトランスを用いたものを示した。第3の実施の形態は主経路34にトランス2つ用い、自己診断機能38の信号経路にはトランス1つ用いたものを示す。
図4に示す信号伝達回路装置300は信号入力端子310が備えられ、送信パルス生成回路320は第1エッジ検出器324、インバータ326および第2エッジ検出器328を備える。第1エッジ検出器324および第2エッジ検出器328は送信パルス生成回路320の主回路を構成する。送信パルス生成回路320は2つのエッジ検出器の他に図示しないバッファ、増幅器等を設けてもよい。
第1エッジ検出器324は制御入力信号Sinの立上りエッジを検出して第1送信パルス信号Sp1を生成する。また、制御入力信号Sinはインバータ326で極性が反転され第2エッジ検出器328に入力される。これにより第2エッジ検出器328の出力には制御入力信号Sinの立下りエッジが検出された第2送信パルス信号Sp2が生成される。
第1信号伝達回路330は第1トランス332および第2トランス335を主回路としている。第1信号伝達回路330には図示しないがバッファ、増幅器を設けてもよい。第1トランス332の1次巻線332aの一端には第1送信パルス信号Sp1が入力され、その他端は第1の接地電位(GND A)に接続されている。第1トランスの2次巻線332bの一端は後述のRSフリップフロップ344のセット端子Sに接続され、その他端は第2の接地電位(GND B)に接続されている。第1トランス332の2次巻線332bには第1送信パルス信号Sp1とほぼ等価なパルス信号が出力される。第1トランス332の1次巻線332aと2次巻線332bは互いに別々の接地電位に接続されているので直流的に十分に絶縁された状態を保っている。
第1受信回路340の主回路はRSフリップフロップ344で構成されている。第1受信回路340にはRSフリップフロップ344の他にたとえばバッファ、増幅器を設けてもよいが追加する段数が多くなればなるほど信号の遅延に配慮しなければならない。RSフリップフロップ344のセット端子Sおよびリセット端子Rにはそれぞれ第1送信パルスSp1、第2送信パルスSp2とほぼ等価な送信パルス信号が各別に入力されている。上記のように、第1送信パルス信号Sp1および第2送信パルス信号Sp2はそれぞれ制御入力信号Sinの立上りエッジ、立下りエッジを検出して生成されたパルス信号である。したがってRSフリップフロップ344の出力端子Qには制御入力信号Sinを復元した制御出力信号Soutが出力される。制御出力信号Soutは信号出力端子350に出力される。信号出力端子350の後段には前にも述べたが、炭化珪素(SiC)半導体素子、IGBT、MOSFET等いわゆるパワー半導体が接続される。
帰還パルス送信回路360はパルス生成回路362を主回路として構成されている。パルス生成回路362には導出線352を介して制御出力信号Soutが入力される。帰還パルス送信回路360にはパルス生成回路362の他にバッファおよび増幅器等を備えてもよい。パルス生成回路362は制御出力信号Soutに同期した帰還パルス信号Sfを生成する。制御出力信号Soutは制御入力信号Sinを復元したものであるから帰還パルス信号Sfは当然のことながら制御入力信号Sinにも同期していることになる。
パルス生成回路362は、たとえば矩形波信号(連続パルス信号)を生成する発振器と、この発振器から生成された発振パルス信号と、制御出力信号Soutとの論理積をとるための論理積回路で構成することができる。
第2信号伝達回路370には帰還トランス372の他に図示しないバッファや増幅器等を設けてもよい。送信パルス生成回路320、第1信号伝達回路330、第1受信回路340で構成される主経路34は、信号伝達時の信号遅延はできる限り小さく抑えなければならない。なぜならば、主経路34で処理される信号は直接パワー半導体の駆動回路に用いられるからである。これに対して、帰還パルス送信回路360、第2信号伝達回路370および第2受信回路380で構成される自己診断機能38にはある程度の信号遅延は許容することができる。なぜならば、自己診断機能38はいわゆる自己診断するための信号処理機能であって、直接パワー半導体の駆動には用いられないからである。
第2受信回路380の主回路は入出力信号比較回路382で構成する。入出力信号比較回路382にはエクスクルーシブOR回路の他に波形整形回路を設けることができる。入出力信号比較回路382の第1入力端子382aおよび第2入力端子382bには、制御入力信号Sinおよび帰還パルス信号Sfがそれぞれ入力される。入出力信号比較回路382の出力端子382cには制御入力信号Sinと帰還パルス信号Sfを波形整形した後の矩形波信号とを比較し、比較した後の両者の信号の一致、または不一致を表す信号が出力される。出力端子382cは比較信号出力端子390に接続されている。なお、第2受信回路380には入出力信号比較回路382の他にたとえば、バッファ、増幅器、位相遅延回路および各種の論理回路を設けてもよい。
入出力信号比較回路382に構成される波形整形回路は、たとえばスイッチングトランジスタ、電流源、キャパシタ、インバータおよびコンパレータ等を用いて比較的容易に構成することができる。波形整形回路は帰還トランス372の2次巻線372bに出力された帰還パルス信号Sfを制御入力信号Sinとほぼ等価な矩形波信号に整形する。帰還パルス信号Sfは矩形波信号に整形され後、入出力信号比較回路382において、制御入力信号Sinに一致しているか否か(不一致)について比較される。両者の信号が比較され、一致または不一致を表す信号は比較信号出力端子390に導出される。
比較信号出力端子390に出力された“一致”または“不一致”を表す信号は、導出線314を介して電子制御装置32に伝達される。電子制御装置32はその信号に基づき信号伝達回路装置300を制御することができる。
帰還パルス信号Sfが帰還トランス372の1次巻線372aに入力されると、2次巻線372bにはそれとほぼ等価な帰還パルス信号が出力される。その帰還パルス信号は入出力信号比較回路382の第2入力端子382bに入力される。第1入力端子382aには制御入力信号Sinとほぼ等価な信号が導出線312を介して入力される。
図5は図4に示す本発明の第3の実施の形態にかかる各部のパルス信号を示すタイミングチャートである。なお、図5(a)、(b11)、(b12)、(c1)、(d1)、(e1)(f1)および(g1)は、制御出力信号Soutが制御入力信号Sinを忠実に復元している場合、すなわち、両者の信号が“一致”している場合の信号を模式的に示したものである。また、図5(a)、(b11)、(b12)、(c2)、(d2)、(e2)(f2)および(g2)は両者の信号において、“不一致”である期間が存在する場合を模式的に示している。なお、図5(a)、(b11)、(b12)は“一致”または“不一致”にかかわらず共通して用いる。なお、図5に示す信号波形は図3に示したものと基本的には同じである。
図5(a)で示す制御入力信号Sinは信号入力端子310に入力される。制御入力信号Sinはたとえば、パワー半導体やモータの駆動信号として用いられる。制御入力信号Sinのハイ、ローそれぞれの期間は25μsのデューティ比が50%の信号である。モータの駆動信号がパルス幅変調(PWM)されている場合は、デューティ比は時間の経過とともに変化する。
図5(b11)で示す第1送信パルス信号Sp1は、第1エッジ検出器324から出力されるとともに第1トランス332の1次巻線332aに入力される。第1トランス332の2次巻線332bには第1送信パルス信号Sp1とほぼ等価なパルス信号が出力される。第1送信パルス信号Sp1のパルス幅はたとえば0.1μsに設定されており、制御入力信号Sinのパルス幅25μsに比べて十分に小さい。
図5(b12)で示す第2送信パルス信号Sp2は、第2エッジ検出器328から出力されるとともに第2トランス335の1次巻線335aに入力される。第2トランス335の2次巻線335bには第2送信パルス信号Sp2とほぼ等価なパルス信号が出力される。第2送信パルス信号Sp2のパルス幅は第1送信パルスSp1と同じで0.1μsに設定されている。
第1送信パルス信号Sp1および第2送信パルス信号Sp2とほぼ等価なパルス信号はRSフリップフロップ344のセット端子Sおよびリセット端子Rに各別に入力される。
図5(c1)で示す制御出力信号Sout1は、RSフリップフロップ344の出力端子Qから出力された後、信号出力端子350に導出される。RSフリップフロップ344は、制御出力信号Sout1を制御入力信号Sinに復元するために設けている。
制御出力信号Sout1は導出線352を介して帰還パルス送信回路360の主回路であるパルス生成回路362に入力される。パルス生成回路362は制御出力信号Sout1に同期した帰還パルス信号Sfを生成する。パルス生成回路362で生成する帰還パルス信号Sfのタイミングや周波数は、後段の第2信号伝達回路370の主回路である帰還トランス372の消費電力の低減化が図れること、および第2受信回路380の回路構成等を考慮して決める。パルス生成回路362で生成された帰還パルス信号Sfは帰還トランス372の1次巻線372aに入力される。
図5(d1)で示す帰還パルス信号Sfのタイミングは、制御出力信号Sout1に同期し、かつ、制御出力信号Soutのハイの期間に連続パルスを有するように設定されている。もちろん、制御出力信号Soutがローの期間に限って生成させるようにしてもよい。いずれにしても後段の第2信号伝達回路370の消費電力および第2受信回路380の回路構成によって決めることができる。また、帰還パルス信号Sfのパルス幅およびその周波数fはそれぞれ0.1μsおよびf=2MHzに設定することができる。また、帰還パルス信号Sfのデューティ比はたとえば20%に設定する。もちろんこうした大きさや周波数は限定されるものではなく、後段の帰還トランス372の消費電力および入出力信号比較回路382等の回路機能および回路構成によって決めるとよい。
図5(d1)で示す帰還パルス信号Sfが帰還トランス372の1次巻線372aに入力されると、2次巻線372bを介してほぼ等価なパルス信号が入出力信号比較回路382の第2入力端子382bに入力される。入出力信号比較回路382の第1入力端子382aには制御入力信号Sinまたはそれと等価な信号が導出線312を介して入力される。
図5(e1)で示す第1の整形パルス信号Ps11は、図5(d1)で示す帰還パルス信号Sfを第2受信回路380の主回路である入出力比較回路382に設けた第1のパルス整形回路で波形整形して生成される。さらに第1の整形パルス信号Ps11は基準電位Vrefに沿って波形整形され、後述の第2の整形パルス信号Ps12が生成される。入出力比較回路382の具体的な回路構成については後述する。
図5(f1)で示す第2の整形パルス信号Ps12は、図5(e1)で示す第1の整形パルス信号Ps11を、入出力比較回路382に設けた第2のパルス整形回路で波形整形して生成される。第2の整形パルス信号Ps12は、後述の入出力比較回路382に設けたエクスクルーシブOR回路の第2入力端子に入力される。その第1入力端子には制御入力信号Sinが入力される。
図5(g1)で示す比較回路出力Sref1は、入出力信号比較回路382に構成されたエクスクルーシブOR回路の出力がローレベルであったことを示す。エクスクルーシブOR回路の出力は比較信号出力端子390に導出される。なお、エクスクルーシブOR回路の出力の次段にインバータを設けて信号の極性を反転させてもよい。エクスクルーシブOR回路の第1入力端子および第2入力端子にそれぞれ図5(a)で示す制御入力信号Sinおよび図5(f1)で示す第2の整形パルス信号Ps12が入力されると、その出力にはローレベルが出力される。もちろん、比較回路出力Sref1がハイレベルで出力されるようにしてもよい。図5(g1)は制御出力信号Sout1が制御入力信号Sinを忠実に復元した状態、すなわち、両者の信号が“一致”している動作状態を示す。
次に両者の信号が“不一致”である場合を説明する。図5(a)、(b11)、(b12)、(c1)、(d2)、(e2)、(f2)および(g2)は制御出力信号Sout2が制御入力信号Sinを忠実に復元していない、すなわち両者の信号が“不一致”の状態に置かれた場合の各部の信号を模式的に示したものである。通常、両者の信号が“不一致”である場合には、上記第2の実施の形態で述べたように、電子制御装置32によって、信号伝達回路装置300は何らかの制御を受けるように設定される。なお、図5(a)、(b11)および(b12)は両者の信号が“一致”の場合も“不一致”の場合も同じであるので説明は割愛する。
図5(c2)で示す制御出力信号Sout2は制御入力信号Sinが忠実に復元されずに信号出力端子350に出力されたものを示す。すなわち、制御出力信号Sout2は、忠実に復元される正常な状態よりもパルス幅t1だけ大きくなったものとして示している。
こうした状態は、両者の信号は“不一致”であるとみなされる。なお、両者の信号が“一致”していると判定する場合であっても、制御出力信号は制御入力信号Sinよりも位相が遅れ、かつ、信号の形態も少し異なるのが一般的である。しかし、図5(c2)に示す制御出力信号Sout2は、もはやこうした許容範囲を逸脱しており、両者の信号は“不一致”として判定される。
図5(d2)で示す帰還パルス信号Sfはパルス生成回路362で生成され、帰還トランス372の1次巻線372aおよび2次巻線372bに出力されたものを示す。帰還パルス信号Sfは、図5(c2)に示す制御出力信号Sout2のハイの期間には存在している。しかし、制御入力信号Sinのハイの期間だけではなく、そのローの期間までまたがって存在していることが分かる。こうした状態は、両者の信号は“不一致”であると判定されるべきものである。
図5(e2)で示す第1の整形パルス信号Ps21は、図5(d2)で示す帰還パルス信号Sfを第2受信回路380の主回路である入出力信号比較回路382に設けた第1のパルス整形回路で波形整形して生成される。さらに第1の整形パルス信号Ps21は基準電位Vrefと比較され、後述のコンパレータ等によって第2の整形パルス信号Ps22に生成される。
図5(f2)で示す第2の整形パルス信号Ps22は、図5(e)で示す第1の整形パルス信号Ps21を入出力比較回路382に設けた第2のパルス整形回路で波形整形して生成される。
図5(g2)で示す比較回路出力Sref2は、入出力信号比較回路382に構成されたエクスクルーシブOR回路の出力、すなわち、比較信号出力端子390にハイレベルが出力されたものを示す。なお、エクスクルーシブOR回路の出力の次段にインバータを設けて信号の極性を反転させてもよい。図5(g2)は、制御出力信号Sout2が制御入力信号Sinを忠実に復元していなく、両者の信号は“不一致”である判定されるべき信号として出力されている。エクスクルーシブOR回路の第1入力端子および第2入力端子に、それぞれ図5(a)で示す制御入力信号Sinおよび図5(f2)で示す第2の整形パルス信号Ps22が入力されると、その出力には、期間t1がハイレベルの“不一致”を表す信号が出力されることになる。なお、図5(g2)に示す出力は極性が反転されていてもよい。
(第4の実施の形態)
図6は第4の実施の形態にかかる信号伝達回路装置である。図1、図2および図4と同じ箇所には同じ符号を用いた。上記第3の実施の形態は主経路34にトランス2つ用い、自己診断機能38にはトランスを1つ用いた。第4の実施の形態は、主経路34および自己診断機能38それぞれに2つのトランスを用いることを特徴とする。第4の実施の形態において、自己診断機能38は第3の実施の形態とは相違するが、主経路34は両者とも同じ回路を採用することができる。
図6に示す信号伝達回路装置300には信号入力端子310が備えられ、送信パルス生成回路320は第1エッジ検出器324、インバータ326および第2エッジ検出器328を備える。第1エッジ検出器324および第2エッジ検出器328は送信パルス生成回路320の主回路を構成する。第1エッジ検出器324は制御入力信号Sinの立上りエッジを検出して第1送信パルス信号Sp1を生成する。また、制御入力信号Sinはインバータ326で極性が反転され第2エッジ検出器328に入力される。これにより第2エッジ検出器328の出力には制御入力信号Sinの立下りエッジが検出された第2送信パルス信号Sp2が生成される。
第1信号伝達回路330は第1トランス332および第2トランス335を主回路としている。第1信号伝達回路330には図示しないがバッファ、増幅器を設けてもよい。第1トランス332の1次巻線332aの一端には第1送信パルス信号Sp1が入力され、その他端は第1の接地電位(GND A)に接続されている。第1トランスの2次巻線332bの一端は後述のRSフリップフロップ344のセット端子Sに接続され、その他端は第2の接地電位(GND B)に接続されている。第1トランスの2次巻線332bには第1送信パルス信号Sp1とほぼ等価なパルス信号が出力される。第1トランス332の1次巻線332aと2次巻線332bは互いに別々の接地電位に接続されているので両者は直流的に十分に絶縁された状態を保っている。両者は数GΩ以上の極めて高い抵抗で接続されているとみなすことができる。また、両者の間の直流的な破壊電圧は数百Vを超える。
第1受信回路340の主回路はRSフリップフロップ344で構成されている。第1受信回路340にはRSフリップフロップ344の他に図示しないたとえばバッファ、増幅器を設けてもよいが回路が多くなればなるほど信号の遅延に配慮しなければならない。RSフリップフロップ344のセット端子Sおよびリセット端子Rにはそれぞれ第1送信パルス信号Sp1および第2送信パルス信号Sp2とほぼ等価な送信パルス信号が各別に入力されている。上記のように、第1送信パルス信号Sp1および第2送信パルス信号Sp2はそれぞれ制御入力信号Sinの立上りエッジ、立下りエッジを検出して生成されたパルス信号である。したがってRSフリップフロップ344の出力端子Qには制御入力信号Sinの形態、位置を復元した制御出力信号Soutが出力される。制御出力信号Soutは信号出力端子350に出力される。
帰還パルス送信回路360の主回路は第3エッジ検出器364および第4エッジ検出器368である。第3エッジ検出器364には導出線352を介して制御出力信号Soutが入力される。第4エッジ検出器368には導出線352、インバータ354および導出線356を介して制御出力信号Soutが入力される。第3エッジ検出器364および第4エッジ検出器368の回路機能は、送信パルス生成回路320の主回路である第1エッジ検出器324および第2エッジ検出器328と基本的には同じ目的である。
なお、上記第2の実施の形態および第3の実施の形態においては自己診断機能38の送信側にパルス生成回路362を設けたが、第4の実施の形態では、パルス生成回路362に替えて第3エッジ検出器364および第4エッジ検出器368を設けたことを特徴とする。
第3エッジ検出器364は制御出力信号Soutに同期し、その立上りエッジを検出して第1帰還パルス信号Sf1を生成する。第4エッジ検出器368は制御出力信号Soutに同期し、その立下りエッジを検出して第2帰還パルス信号Sf2を生成する。第3エッジ検出器364および第4エッジ検出器368はいずれも制御出力信号Soutに同期しているが、制御出力信号Soutは制御入力信号Sinを復元したものであるから、第1帰還パルス信号Sf1は第1エッジ検出器324で生成された第1送信パルス信号Sp1とほぼ等価であり、第2帰還パルス信号Sf2は第2エッジ検出器328で生成された第2送信パルス信号Sp2とほぼ等価である。
帰還パルス送信回路360には第3エッジ検出器364および第4エッジ検出器368の他に図示しないバッファおよび増幅器等を設けてもよい。
第2信号伝達回路370は第1帰還トランス374および第2帰還トランス376の2つの主回路を備えている。第4の実施の形態の特徴はこうした2つの帰還トランスを用いることにあるがこれらの主回路の他に図示しないバッファや増幅器等を設けてもよい。
第1帰還トランス374の1次巻線374aの一端には第1帰還パルス信号Sf1が入力され、その他端は第2の接地電位(GND B)に接続されている。第1帰還トランス374の2次巻線374bの一端には第1帰還パルス信号Sf1とほぼ等価なパルス信号が出力される。2次巻線374bの他端は第1の接地電位(GND A)に接続されている。第1帰還トランス374の1次巻線と2次巻線の接地電位は互いに分離され直流的には絶縁されているので不所望な相互干渉や予期できない不具合の発生を事前に排除することができる。
第2帰還トランス376の1次巻線376aの一端には第2帰還パルス信号Sf2が入力され、その他端は第2の接地電位(GND B)に接続されている。第2帰還トランス376の2次巻線376bの一端には第2帰還パルス信号Sf2とほぼ等価なパルス信号が出力される。第2帰還トランス376の1次巻線と2次巻線の接地電位は互いに分離されているので両者は直流的に十分に絶縁されている。これにより不所望な相互干渉を排除することができる。
第2受信回路の380はRSフリップフロップ381および入出力信号比較回路382を主回路としている。RSフリップフロップ381のセット端子Sは第1帰還トランス374の2次巻線374bの一端に接続されているので第1帰還パルス信号Sf1とほぼ等価な帰還パルス信号が入力される。RSフリップフロップ381のリセット端子Rは第2帰還トランス376の2次巻線376bの一端が接続されているので第2帰還パルス信号Sf2とほぼ等価な帰還パルス信号が入力される。
RSフリップフロップ381の出力端子Qには第1帰還パルス信号Sf1でセットされ、第2帰還パルス信号Sf2でリセットされた信号が出力される。この信号は信号遅延を無視すれば信号出力端子350に出力された制御出力信号Soutとほぼ等価である。すなわち、制御出力信号Soutは信号遅延を無視すれば制御入力信号Sinとほぼ等価であるからRSフリップフロップ381の出力端子Qには、制御入力信号Sinとほぼ等価な矩形波信号が出力されることになる。
第4の実施の形態は上記第2および第3の実施の形態とは異なり、入出力信号比較回路382の第1入力端子382aおよび第2入力端子382bにはほぼ等価な信号が入力されるということである。このために、入出力信号比較回路382の回路構成を他の実施の形態のものと比べると簡便にすることができる。たとえば、実質的にはエクスクルーシブOR回路だけでも信号比較の回路機能を発揮することができる。しかし、回路機能の向上をより図るには両者の信号の位相を合わせるための信号遅延回路や信号波形を整形するための波形整形回路を設けておくとよい。これによって、入出力信号の比較機能をさらに高めることができる。波形整形回路は前にも述べたが、たとえばスイッチングトランジスタ、電流源、キャパシタ、インバータおよびコンパレータ等を用いて比較的容易に構成することができる。入出力信号比較回路382で比較された出力は出力端子382cに出力され、その出力は比較信号出力端子390に導出される。
図7は図6に示す第4の実施の形態にかかる各部の信号を示すタイミングチャートである。なお、図7(a)、(b11)、(b12)、(c1)、(d1)、(e1)(f1)および(g1)は、制御出力信号Sout1が制御入力信号Sinを忠実に復元している場合、すなわち、両者の信号が“一致”している場合の信号を模式的に示す。また、図7(a)、(b11)、(b12)、(c2)、(d2)、(e2)(f2)および(g2)は、制御出力信号Sout2が制御入力信号Sinを忠実に復元していない場合、すなわち、両者の信号が“不一致”の場合の信号を模式的に示している。
図7(a)で示す制御入力信号Sinは、信号入力端子310に入力される。制御入力信号Sinはたとえば、パワー半導体やモータの駆動信号として用いられる。制御入力信号Sinのハイ、ローそれぞれの期間は25μsのデューティ比が50%の信号である。駆動信号がパルス幅変調(PWM)されている場合は、デューティ比は時間の経過とともに変化する。
図7(b11)で示す第1送信パルス信号Sp1は、第1エッジ検出器324から出力されるとともに第1トランス332の1次巻線332aに入力される。第1トランス332の2次巻線332bには第1送信パルス信号Sp1とほぼ等価なパルス信号が出力される。
図7(b12)で示す第2送信パルス信号Sp2は、第2エッジ検出器328から出力されるとともに第2トランス335の1次巻線335aに入力される。第2トランス335の2次巻線335bには第2送信パルス信号Sp2とほぼ等価なパルス信号が出力される。第1送信パルス信号Sp1のパルス幅はたとえば0.1μsに設定されており、制御入力信号Sinのパルス幅25μsに比べて十分に小さい。
第1送信パルス信号Sp1および第2送信パルス信号Sp2とほぼ等価なパルス信号はRSフリップフロップ344のセット端子Sおよびリセット端子Rに各別に入力される。第2送信パルス信号Sp2のパルス幅は第1送信パルス信号Sp1のそれと同じでたとえば0.1μsに設定している。
図7(c1)で示す制御出力信号Sout1は、RSフリップフロップ344の出力端子Qおよび信号出力端子350に出力される。制御出力信号Sout1は制御入力信号Sinの形態、位置を復元して出力される。
図7(d1)で示す第1帰還パルス信号Sf1は、第3エッジ検出器364から出力されるとともに第1帰還トランス374の1次巻線374aに入力される。第1帰還トランス374の2次巻線374bには第1帰還パルス信号Sf1とほぼ等価なパルス信号が出力される。
図7(e1)で示す第2帰還パルス信号Sf2は、第4エッジ検出器368から出力されるとともに第2帰還トランス376の1次巻線376aに入力される。第2帰還トランス376の2次巻線376bには第2帰還パルス信号Sp2とほぼ等価なパルス信号が出力される。
図7(f1)で示す第2入力端子382b入力は、RSフリップフロップ381の出力端子Qに出力されたもので、第1帰還パルス信号Sf1でセットされ、第2帰還パルス信号Sf2でリセットされたデューティ比がほぼ50%の信号である。この信号は図7(a)に示す制御入力信号Sinおよび図7(c1)に示す制御出力信号Sout1とほぼ等価である。すなわち、制御出力信号Sout1が制御入力信号Sinに一致している状態を示す。
図7(g1)で示す比較回路出力Sref1は、比較信号出力端子390に出力された信号である。すなわち、図7(a)で示す制御入力信号Sinと、図7(f1)で示す第2入力端子382b入力は同じであるから、これら両者の信号をエクスクルーシブOR回路に入力するならば、その出力には図7(g1)で示す両者の信号は“一致”しているとの情報をもった信号、すなわちローレベルが表れる。もちろんハイレベルが表れるようにしてもよい。
次に両者の信号が“不一致”である場合を説明する。なお、図7(a)、(b11)および(b12)は“一致”の場合とおなじであるので説明は割愛する。
図7(c2)で示す制御出力信号Sout2は、信号出力端子350に出力されたもので、その信号の形態は、制御入力信号Sinよりもパルス幅がt1だけ大きい。こうした信号の形態はもはや制御入力信号Sinを忠実に復元していると判定することはできない。すなわち、両者の信号は“不一致”として判定されるべきものである。
図7(d2)で示す第1帰還パルス信号Sf1は、第3エッジ検出器364から出力されるとともに第1帰還トランス374の1次巻線374aに入力される。第1帰還パルストランス374の2次巻線374bには第1帰還パルス信号Sf1とほぼ等価なパルス信号が出力される。第1帰還パルス信号Sf1は図7(c2)に示す制御出力信号Sout2の立上りエッジtrに同期して生成される。
図7(e2)で示す第2帰還パルス信号Sf2は、第4エッジ検出器368から出力されるとともに第2帰還トランス376の1次巻線376aに入力される。第2帰還トランス376の2次巻線376bには第2帰還パルス信号Sf2とほぼ等価なパルス信号が出力される。第2帰還パルス信号Sf2は図7(c2)に示す制御出力信号Sout2の立下りエッジtfに同期して生成されるため、本来の信号形態からは逸脱することになる。
図7(f2)で示す第2入力端子382bの入力は、RSフリップフロップ381において、図7(d2)および(e2)の第1帰還パルス信号Sf1および第2帰還パルス信号Sf2でそれぞれセットおよびリセットされて生成された信号である。図7(f2)で示す信号はとりもなおさず、制御出力信号Sout2を復元したものであるから、制御入力信号Sinを忠実に復元したものではないことが明らかである。
図7(g2)で示す比較回路出力Sref2は、入出力比較回路382で、図7(a)で示す制御入力信号Sinと、図7(f2)で示す第2入力端子382bの入力とがエクスクルーシブOR回路に入力された場合の出力であり、比較信号出力端子390に導出される。この出力は、制御出力信号Sout2が制御入力信号Sinに一致していない信号、すなわち、“不一致”を表す信号として、電子制御装置32に伝達される。両者の信号が“不一致”であると判定された場合には、電子制御装置32は信号伝達回路装置300を制御することになる。なお、制御出力信号Sout2が制御入力信号Sinに一致していない場合、図7(g2)で示す出力の極性が反転されたものであってもよい。
図8は本発明の第2受信回路380の主回路である入出力信号比較回路382の具体的な回路構成を示す。入出力信号比較回路382は、第1のパルス整形回路を構成するスイッチングトランジスタ384、電流源385およびキャパシタ386を備える。第1のパルス整形回路はいわゆる充放電回路であり、帰還パルス信号Sfが存在する期間、キャパシタ386において小刻みに充放電が繰り返され、見かけ上はリップル成分を有する整形パルス信号がキャパシタ386に生成される。また、入出力信号比較回路382は、第2のパルス整形回路を構成するコンパレータ387を備える。コンパレータ387の後段には信号の極性を合わせるために図示しないインバータを設けることができる。入出力信号比較回路382はさらにエクスクルーシブOR回路383を備えている。
入出力信号比較回路382に設けられる第1のパルス整形回路および第2のパルス整形回路は特に、上記第1、第2および第3の実施の形態に用いると好適である。なぜならば、第1、第2および第3の各実施の形態においては、入出力信号比較回路382の第2入力端子382bに入力される帰還パルス信号Sfは、制御出力信号Soutによって変調された信号であり、入出力信号比較回路382の主回路をエクスクルーシブOR回路で構成する場合には、制御入力信号と直接比較できるデジタル信号に波形整形する必要があるからである。一方、本発明の第4の実施の形態においては、必ずしも、第1のパルス整形回路および第2のパルス整形回路を必須の構成要件としない。なぜならば、第4の実施の形態においては、入出力信号比較回路382の第2入力端子382bには制御入力信号Sinと直接比較することのできるデジタル信号が入力されるからである。
入出力信号比較回路382の第1入力端子382aには制御入力信号Sinが入力される。制御入力信号Sinは導出線388を介してエクスクルーシブOR回路383の第1入力端子383aに入力される。制御入力信号Sinは入出力信号比較回路382の基準信号となる。
入出力信号比較回路382の第2入力端子382bには帰還パルス信号Sfが入力される。帰還パルス信号Sfのハイレベルおよびローレベルに応じて、スイッチングトランジスタ384がオン、オフ動作を繰り返す。電流源385およびキャパシタ386はスイッチングトランジスタ384と協働して第1の整形パルス信号Ps11を生成する。生成された第1の整形パルス信号Ps11はキャパシタ386の一端に生じ、第1の整形パルス信号Ps11はコンパレータ387によって矩形波信号に波形整形され、第2の整形パルス信号Ps12が生成される。コンパレータ387には基準電位Vrefが与えられており、第1の整形パルス信号Ps11はこの基準電位Vrefに基づき波形整形され、第2の整形パルス信号Ps12が生成される。すなわち、第1の整形パルス信号Ps11は、コンパレータ387によって、制御入力信号Sinと直接比較することのできる第2の整形パルス信号Ps12に波形整形される。
第2の整形パルス信号Ps12は、導出線389を介してエクスクルーシブOR回路383の第2入力端子383bに入力される。エクスクルーシブOR回路383の第1入力端子383aおよび第2入力端子383bに、それぞれ制御入力信号Sinおよび第2の整形パルス信号Ps12がそれぞれ入力されると、エクスクルーシブOR回路383の出力すなわち、入出力信号比較回路382の出力端子382cには両者の信号レベルで相違する信号部がハイレベルで出力される。もちろん、出力端子382cにローレベルが出力されるようにしてもよい。いずれにしても、制御入力信号Sinと第2の整形パルス信号Ps12とが不一致の場合には、その不一致の信号部がエクスクルーシブOR回路383の出力に生じ、比較信号出力端子390に導出される。
なお、第2受信回路380には入出力信号比較回路382の他に第1入力端子382aおよび第2入力端子382bに至るまでの信号経路に図示しない信号遅延回路等を設けてもよい。こうした信号遅延回路は帰還信号側の遅延をキャンセルすることができる。なお、入出力信号比較回路382の接地電位は、GND Aに接続するとよい。
図9は、図8に示す入出力信号比較回路382の各部に表れる信号のタイミングチャートである。
図9(a)は制御入力信号Sinを示す。制御入力信号Sinは、入出力信号比較回路382の基準信号として用意されている。制御入力信号Sinは、第1入力端子382aおよび導出線388を介して図8に示すエクスクルーシブOR回路383の第1入力端子383aに入力される。
図9(b)は帰還パルス信号Sfを示す。帰還パルス信号Sfは、入出力信号比較回路382の第2入力端子382bに入力される。帰還パルス信号Sfは制御出力信号Soutのハイの期間に連続パルスが収まるように設定されている。もちろん、制御出力信号Soutのローの期間に連続パルスが収まるようにしてもよい。
図9(c)は第1の整形パルス信号Ps11を示す。第1の整形パルス信号Ps11は図9(a)に示す帰還パルス信号Sfを、入出力信号比較回路382に設けた第1のパルス整形回路で波形整形したものである。第1のパルス整形回路は上記のように図8に示すスイッチングトランジスタ384、電流源385およびキャパシタ386で構成されている。
図9(d)は、第2の整形パルス信号Ps12を示す。第2の整形パルス信号Ps12は第1の整形パルス信号Ps11を、入出力信号比較回路382に設けた第2のパルス整形回路で波形整形して生成されたものである。第2のパルス整形回路の主回路は図8に示すコンパレータ387である。コンパレータ387には、基準電位Vrefが与えられており、第1の整形パルス信号Ps11は、その基準電位Vrefに沿って波形整形される。なお、コンパレータ387の後段に図示しないインバータを設けて第2の整形パルス信号Ps12の極性を変えるようにしてもよい。
図9(e)は、入出力信号比較回路382の出力端子382cに出力された入出力信号比較回路の比較回路出力Srefである。この比較回路出力Srefは比較信号出力端子390に導出される。図9(e)に示す比較回路出力Srefはローレベルであるものを示す。すなわち、図9(a)に示す制御入力信号Sinと、第2の整形パルス信号Ps12とは一致しているから、入出力信号比較回路382の出力端子382c(比較信号出力端子390)にはローレベルが出力されたものを例示した。もちろん、図9(a)に示す制御入力信号Sinと第2の整形パルス信号Ps12とが不一致の場合には、不一致の信号部がハイレベルで比較信号出力端子390に出力される。なお、これらの信号の極性は互いに逆転させてもよい。
本発明の各実施の形態によって提供されるパワー半導体の駆動回路装置および信号伝達回路装置は自己診断機能を備えているので、仮に本発明の装置本体や外部のノイズ等によって正規の動作状態から逸脱した場合であっても、それらの不具合を常に監視し、不具合の状態を表す信号に基づき良好な状態に維持または回復することができるのでその産業上の利用可能性は高い。
本発明の第1の実施の形態にかかるパワー半導体の駆動回路装置を示す図である。 本発明の第2の実施の形態にかかる信号伝達回路装置を示す図である。 本発明の第2の実施の形態、図2の各部のパルス信号を示すタイミングチャートである。 本発明の第3の実施の形態にかかる信号伝達回路装置を示す図である。 本発明の第3の実施の形態、図4の各部のパルス信号を示すタイミングチャートである。 本発明の第4の実施の形態にかかる信号伝達回路装置を示す図である。 本発明の第4の実施の形態、図6の各部のパルス信号を示すタイミングチャートである。 本発明にかかる入出力信号比較回路の具体的な回路を示す図である。 図8に示す入出力信号比較回路の各部のタイミングチャートである。 従来のパワー半導体の駆動回路装置を示す図である。 従来の信号伝達回路装置を示す図である。 従来の別の信号伝達回路装置を示す図である。
符号の説明
30 パワー半導体の駆動回路装置
32 電子制御装置
34 主経路
38 自己診断機能
40 パワー半導体
50 モータ
300 信号伝達回路装置
310 信号入力端子
312、314、352、356、388、389 導出線
320 送信パルス生成回路
322 エッジ検出器
324 第1エッジ検出器
326、354 インバータ
328 第2エッジ検出器
330 第1信号伝達回路
331 トランス
331a トランスの1次巻線
331b トランスの2次巻線
332 第1トランス
332a 第1トランスの1次巻線
332b 第1トランスの2次巻線
335 第2トランス
335a 第2トランスの1次巻線
335b 第2トランスの2次巻線
340 第1受信回路
342 Dフリップフロップ
344、381 RSフリップフロップ
350 信号出力端子
360 帰還パルス送信回路
362 パルス生成回路
364 第3エッジ検出器
368 第4エッジ検出器
370 第2信号伝達回路
372 帰還トランス
372a 帰還トランスの1次巻線
372b 帰還トランスの2次巻線
374 第1帰還トランス
374a 第1帰還トランスの1次巻線
374b 第1帰還トランスの2次巻線
376 第2帰還トランス
376a 第2帰還トランスの1次巻線
376b 第2帰還トランスの2次巻線
380 第2受信回路
382 入出力信号比較回路
382a、383a 第1入力端子
382b、383b 第2入力端子
382c 出力端子
383 エクスクルーシブOR回路
384 スイッチングトランジスタ
385 電流源
386 キャパシタ
387 コンパレータ
390 比較信号出力端子
Sin 制御入力信号
Sout、Sout1、Sout2 制御出力信号
Sp 送信パルス信号
Sp1 第1送信パルス信号
Sp2 第2送信パルス信号
Sf 帰還パルス信号
Sf1 第1帰還パルス信号
Sf2 第2帰還パルス信号
Ps11、Ps21 第1の整形パルス信号
Ps12、Ps22 第2の整形パルス信号
Sref、Sref1、Sref2 比較回路出力
GND A 第1の接地電位
GND B 第2の接地電位

Claims (16)

  1. 制御入力信号を生成する電子制御装置と、前記制御入力信号を復元した制御出力信号を生成する信号伝達回路装置と、前記信号伝達回路装置から出力された制御出力信号で駆動されるパワー半導体とを備えるパワー半導体の駆動回路装置において、前記信号伝達回路装置は、前記制御入力信号と、前記制御出力信号を比較する自己診断機能を備え、前記自己診断機能の出力を前記電子制御装置に伝達し、前記電子制御装置は前記自己診断機能の前記出力に基づき、前記信号伝達回路装置を制御することを特徴とするパワー半導体の駆動回路装置。
  2. 前記パワー半導体は車に搭載されるモータを駆動することを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体の駆動回路装置。
  3. 前記自己診断機能はフォトカプラを有することを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体の駆動回路装置。
  4. 前記自己診断機能はトランスを有することを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体の駆動回路装置。
  5. 請求項1に記載のパワー半導体の駆動回路装置に用いる信号伝達回路装置であって、前記信号伝達回路装置は、制御入力信号が入力される信号入力端子と、前記制御入力信号に同期した送信パルス信号を生成する送信パルス生成回路と、前記送信パルス信号を後段に伝達する第1信号伝達回路と、前記第1信号伝達回路から出力された前記送信パルス信号を受信し、かつ、前記制御入力信号とほぼ等価な信号に復元する第1受信回路と、前記復元した信号を制御出力信号として出力する信号出力端子と、前記制御出力信号に同期した帰還パルス信号を生成する帰還パルス送信回路と、前記帰還パルス信号を後段に伝達する第2信号伝達回路と、前記制御入力信号および前記帰還パルス信号を受信し、かつ、前記制御入力信号と、前記帰還パルス信号に基づいて波形整形された信号とを比較する第2受信回路を備えることを特徴とする信号伝達回路装置。
  6. 前記送信パルス生成回路は前記制御入力信号の立上りエッジおよび立下りエッジを検出して前記送信パルス信号を生成するエッジ検出器を備え、前記第1信号伝達回路は前記送信パルス信号が1次巻線に入力され、2次巻線から前記送信パルス信号とほぼ等価なパルス信号が出力されるトランスを備え、前記第1受信回路は前記制御入力信号を復元した信号を出力するDフリップフロップを備え、前記帰還パルス送信回路は前記制御出力信号に同期し、かつ、前記制御出力信号のハイの期間またはローの期間に連続パルスを有する前記帰還パルス信号を生成するパルス生成回路を備え、前記第2信号伝達回路は1次巻線に前記帰還パルス信号が入力され、2次巻線から前記帰還パルス信号とほぼ等価なパルス信号が出力される帰還トランスを備えることを特徴とする請求項5に記載の信号伝達回路装置。
  7. 前記トランスおよび前記帰還トランスの各1次巻線と各2次巻線は互いに別々の接地電位に接続されることを特徴とする請求項6に記載の信号伝達回路装置。
  8. 前記送信パルス生成回路は前記制御入力信号の立上りエッジを検出して第1送信パルス信号を生成する第1エッジ検出器と前記制御入力信号の立下りエッジを検出して第2送信パルス信号を生成する第2エッジ検出器とを備え、前記第1信号伝達回路は前記第1送信パルス信号および前記第2送信パルス信号がそれぞれの1次巻線に各別に入力されそれぞれの2次巻線から前記第1送信パルス信号および前記第2送信パルス信号とほぼ等価なパルス信号が各別に出力される第1トランスおよび第2トランスとを備え、前記第1受信回路は前記第1トランスおよび前記第2トランスの2次巻線から出力された前記パルス信号がセット端子およびリセット端子に各別に入力されるRSフリップフロップを備え、前記RSフリップフロップの出力は前記信号出力端子に出力され、前記帰還パルス送信回路は前記制御出力信号に同期し、かつ、前記制御出力信号のハイの期間またはローの期間に連続パルスを有する帰還パルス信号を生成するパルス生成回路を備え、前記第2信号伝達回路は前記連続パルスが1次巻線に入力され、2次巻線から前記連続パルスとほぼ等価な連続パルス信号が出力される帰還トランスを備えることを特徴とする請求項5に記載の信号伝達回路装置。
  9. 前記第1トランス、前記第2トランスおよび前記帰還トランスの1次巻線と2次巻線は互いに別々の接地電位に接続されることを特徴とする請求項8に記載の信号伝達回路装置。
  10. 前記送信パルス生成回路は前記制御入力信号の立上りエッジを検出して第1送信パルス信号を生成する第1エッジ検出器と前記制御入力信号の立下りエッジを検出して第2送信パルス信号を生成する第2エッジ検出器とを備え、前記第1信号伝達回路は前記第1送信パルス信号および前記第2送信パルス信号がそれぞれの1次巻線に各別に入力され、それぞれの2次巻線から前記第1送信パルス信号および前記第2送信パルス信号とほぼ等価なパルス信号が各別に出力される第1トランスおよび第2トランスとを備え、前記第1受信回路は前記第1トランスおよび第2トランスの2次巻線から出力された前記パルス信号がセット端子およびリセット端子に各別に入力されるRSフリップフロップを備え、前記RSフリップフロップの出力は前記信号出力端子に出力され、前記帰還パルス送信回路は、前記信号出力端子に出力される前記制御出力信号の立上りエッジを検出して第1帰還パルス信号を生成する第3エッジ検出器および前記制御出力信号の立下りエッジを検出して第2帰還パルス信号を生成する第4エッジ検出器とを備え、前記第2信号伝達回路は前記第1帰還パルス信号および前記第2帰還パルス信号がそれぞれの1次巻線に各別に入力され、2次巻線から各別に帰還パルス信号が出力される第1帰還トランスおよび第2帰還トランスとを備え、前記第2受信回路は前記第1帰還トランスおよび前記第2帰還トランスの2次巻線から各別に出力されたパルス信号がセット端子およびリセット端子に各別に入力されるRSフリップフロップを備えることを特徴とする請求項5に記載の信号伝達回路装置。
  11. 前記第1トランス、前記第2トランス、前記第1帰還トランスおよび前記第2帰還トランスの1次巻線と2次巻線は互いに別々の接地電位に接続されることを特徴とする請求項10に記載の信号伝達回路装置。
  12. 前記第1信号伝達回路および前記第2信号伝達回路の主回路はともにフォトカプラであることを特徴とする請求項5に記載の信号伝達回路装置。
  13. 前記第1信号伝達回路および前記第2信号伝達回路の主回路はともにトランスであることを特徴とする請求項5に記載の信号伝達回路装置。
  14. 前記第2受信回路はエクスクルーシブOR回路を備えることを特徴とする請求項5に記載の信号伝達回路装置。
  15. 前記第2受信回路は前記帰還パルス信号を前記制御入力信号とほぼ等価な信号に整形する波形整形回路を備えることを特徴とする請求項5に記載の信号伝達回路装置。
  16. 前記波形整形回路は前記帰還パルス信号でオン、オフするスイッチングトランジスタと、前記スイッチングトランジスタと協働して前記帰還パルス信号とは異なる第1の整形パルス信号を生成するための電流源およびキャパシタと、前記第1の整形パルス信号が入力され前記第1の整形パルス信号とは異なる第2の整形パルス信号を生成するコンパレータと、前記コンパレータに接続されるエクスクルーシブOR回路を備えることを特徴とする請求項15に記載の信号伝達回路装置。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012134686A (ja) * 2010-12-21 2012-07-12 Rohm Co Ltd ノイズキャンセル回路および信号伝達回路装置
JP2013046142A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Azbil Corp デジタルアイソレータおよびフィールド機器
JP2013051547A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Renesas Electronics Corp 半導体集積回路及びそれを備えた駆動装置
JP2013058878A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 Rohm Co Ltd 信号伝達装置
JP2014003515A (ja) * 2012-06-20 2014-01-09 Rohm Co Ltd 信号伝達回路、集積回路およびそれを含む電気機器
JP2014007502A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Rohm Co Ltd 信号伝達回路、集積回路およびそれを含む電気機器
WO2014147882A1 (ja) * 2013-03-20 2014-09-25 三菱電機株式会社 信号伝達回路およびそれを備えた電力変換装置
JP2015015697A (ja) * 2013-06-07 2015-01-22 ローム株式会社 信号伝達装置
JP2016111374A (ja) * 2014-12-01 2016-06-20 富士電機株式会社 信号伝達装置
JP2016181898A (ja) * 2009-11-05 2016-10-13 ローム株式会社 信号伝達回路装置、半導体装置とその検査方法及び検査装置、並びに、信号伝達装置及びこれを用いたモータ駆動装置
JP2018026389A (ja) * 2016-08-08 2018-02-15 横河電機株式会社 信号伝送回路
JP2018061080A (ja) * 2016-10-03 2018-04-12 サンケン電気株式会社 パワー半導体駆動回路装置
WO2018134920A1 (ja) 2017-01-18 2018-07-26 三菱電機株式会社 アイソレータ回路
JP2019097011A (ja) * 2017-11-21 2019-06-20 株式会社デンソー 信号伝播装置
US10756715B2 (en) 2018-07-03 2020-08-25 Rohm Co., Ltd. Signal transfer device
WO2022070944A1 (ja) * 2020-09-29 2022-04-07 ローム株式会社 信号伝達装置、電子機器、車両
WO2022075247A1 (ja) * 2020-10-07 2022-04-14 ローム株式会社 伝送回路

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2010271405B2 (en) * 2009-07-09 2014-07-10 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for single-path control and monitoring of an H-bridge
US20120002377A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 William French Galvanic isolation transformer
DE102010038735B3 (de) * 2010-07-30 2011-11-17 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Betreiben eines PWM-Ausgangs eines Treibers für einen Leistungshalbleiter
JP2012242338A (ja) * 2011-05-23 2012-12-10 Toshiba Corp 診断用パルス信号を備える制御システム、及びその制御装置
KR101408600B1 (ko) * 2013-01-25 2014-06-17 삼성전기주식회사 스위칭 컨버터 및 이를 이용한 ac어댑터
CN104135266B (zh) 2014-06-25 2018-02-27 台达电子企业管理(上海)有限公司 驱动装置及驱动方法
WO2024069400A1 (en) * 2022-09-28 2024-04-04 Delphi Technologies Ip Limited Systems and methods for non-overlap enforcement for inverter for electric vehicle
WO2024069428A1 (en) * 2022-09-28 2024-04-04 Delphi Technologies Ip Limited Systems and methods for phase switch timing controller for inverter for electric vehicle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11112313A (ja) * 1997-10-02 1999-04-23 Mitsubishi Electric Corp 半導体回路及びパワートランジスタ保護回路
JPH11150461A (ja) * 1997-11-13 1999-06-02 Nissin High Voltage Co Ltd 高電圧スイッチ回路
JP2006229454A (ja) * 2005-02-16 2006-08-31 Toshiba Corp ゲート駆動回路
JP2006333459A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg 故障認識機能を備えた、パワー半導体スイッチを駆動するための回路装置、並びにそれに付属する方法。

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2619859B1 (fr) * 1987-08-27 1990-01-12 Thomson Semiconducteurs Circuit de commande d'allumage
JP3110653B2 (ja) 1995-06-15 2000-11-20 シャープ株式会社 信号伝達装置
JP3883925B2 (ja) * 2002-07-30 2007-02-21 三菱電機株式会社 電力用半導体素子の駆動回路
EP1618712A2 (en) * 2003-04-30 2006-01-25 Analog Devices, Inc. Signal isolators using micro-transformers
JP2005006381A (ja) * 2003-06-10 2005-01-06 Hitachi Ltd スイッチング素子の駆動回路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11112313A (ja) * 1997-10-02 1999-04-23 Mitsubishi Electric Corp 半導体回路及びパワートランジスタ保護回路
JPH11150461A (ja) * 1997-11-13 1999-06-02 Nissin High Voltage Co Ltd 高電圧スイッチ回路
JP2006229454A (ja) * 2005-02-16 2006-08-31 Toshiba Corp ゲート駆動回路
JP2006333459A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg 故障認識機能を備えた、パワー半導体スイッチを駆動するための回路装置、並びにそれに付属する方法。

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016181898A (ja) * 2009-11-05 2016-10-13 ローム株式会社 信号伝達回路装置、半導体装置とその検査方法及び検査装置、並びに、信号伝達装置及びこれを用いたモータ駆動装置
JP2012134686A (ja) * 2010-12-21 2012-07-12 Rohm Co Ltd ノイズキャンセル回路および信号伝達回路装置
JP2013046142A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Azbil Corp デジタルアイソレータおよびフィールド機器
JP2015149731A (ja) * 2011-08-31 2015-08-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP2013051547A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Renesas Electronics Corp 半導体集積回路及びそれを備えた駆動装置
US9367386B2 (en) 2011-08-31 2016-06-14 Renesas Electronics Corporation Semiconductor integrated circuit and drive apparatus including the same
JP2013058878A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 Rohm Co Ltd 信号伝達装置
JP2014003515A (ja) * 2012-06-20 2014-01-09 Rohm Co Ltd 信号伝達回路、集積回路およびそれを含む電気機器
US8823438B2 (en) 2012-06-22 2014-09-02 Rohm Co., Ltd. Signal transmission circuit, integrated circuit and electric device including thereof for transmitting a plurality of signals each having different transmission speed
JP2014007502A (ja) * 2012-06-22 2014-01-16 Rohm Co Ltd 信号伝達回路、集積回路およびそれを含む電気機器
WO2014147882A1 (ja) * 2013-03-20 2014-09-25 三菱電機株式会社 信号伝達回路およびそれを備えた電力変換装置
JP5881892B2 (ja) * 2013-03-20 2016-03-09 三菱電機株式会社 信号伝達回路およびそれを備えた電力変換装置
DE112013006844B4 (de) 2013-03-20 2023-01-05 Mitsubishi Electric Corporation Signal-Übertragungsschaltung und damit ausgestattete Energie-Umwandlungseinrichtung
US9502954B2 (en) 2013-03-20 2016-11-22 Mitsubishi Electric Corporation Signal transmission circuit and power conversion device equipped with same
JP2015015697A (ja) * 2013-06-07 2015-01-22 ローム株式会社 信号伝達装置
JP2016111374A (ja) * 2014-12-01 2016-06-20 富士電機株式会社 信号伝達装置
US10558202B2 (en) 2016-08-08 2020-02-11 Yokogawa Electric Corporation Signal transmission circuit, field device, and plant control system
JP2018026389A (ja) * 2016-08-08 2018-02-15 横河電機株式会社 信号伝送回路
JP2018061080A (ja) * 2016-10-03 2018-04-12 サンケン電気株式会社 パワー半導体駆動回路装置
WO2018134920A1 (ja) 2017-01-18 2018-07-26 三菱電機株式会社 アイソレータ回路
JPWO2018134920A1 (ja) * 2017-01-18 2019-11-07 三菱電機株式会社 アイソレータ回路
US10749524B2 (en) 2017-01-18 2020-08-18 Mitsubishi Electric Corporation Isolator circuit
JP2019097011A (ja) * 2017-11-21 2019-06-20 株式会社デンソー 信号伝播装置
JP7077588B2 (ja) 2017-11-21 2022-05-31 株式会社デンソー 信号伝播装置
US10756715B2 (en) 2018-07-03 2020-08-25 Rohm Co., Ltd. Signal transfer device
WO2022070944A1 (ja) * 2020-09-29 2022-04-07 ローム株式会社 信号伝達装置、電子機器、車両
WO2022075247A1 (ja) * 2020-10-07 2022-04-14 ローム株式会社 伝送回路

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