JP5926003B2 - Signal transmission device and motor driving device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁素子を用いた信号伝達装置、及び、これを用いたモータ駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a signal transmission device using an insulating element, and a motor driving device using the same.
図9は、信号伝達装置の一従来例を示すブロック図である。本従来例の信号伝達装置200は、トランスチップ230を介してコントローラチップ210とドライバチップ220との間を絶縁しながら各種信号の伝達を行う。特に、図9では、ドライバチップ220の異常有無をコントローラチップ210で認識するための回路構成が描写されている。
FIG. 9 is a block diagram showing a conventional example of a signal transmission device. The
図10Aは、従来の出力異常伝達動作を示すタイミングチャート(コントローラチップ210でドライバチップ220の異常有無を正常に認識することができる場合)である。ドライバチップ220が正常であり、異常検出信号Saがローレベル(正常時の論理レベル)である場合には、ドライバチップ220からコントローラチップ210への異常パルス信号Sbに一定のパルス周期T1でパルスが生成される。一方、ドライバチップ220が異常であり、異常検出信号Saがハイレベル(異常時の論理レベル)である場合には、異常パルス信号Sbのパルス生成が停止される。コントローラチップ210は、異常判定期間T2(ただしT2>T1)にわたって異常パルス信号Sbのパルスを検出することができなければ、ドライバチップ220に異常が生じていると判定し、異常信号Scをローレベル(異常時の論理レベル)に切り替える。
FIG. 10A is a timing chart showing a conventional output abnormality transmission operation (when the
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。
As an example of the related art related to the above,
しかしながら、上記従来例の信号伝達装置200では、ドライバチップ220の異常検出期間(異常検出信号Saのハイレベル期間)が短過ぎると、異常パルス信号Sbのパルス生成が停止された後、異常判定期間T2の経過前に異常パルス信号Sbのパルス生成が再開されてしまい、コントローラチップ210でドライバチップ220の異常を認識することができなくなるおそれがあった(図10Bを参照)。
However, in the
例えば、ドライバチップ210に自己復帰型の過電流保護機能が搭載されていた場合、過電流保護から瞬時に復帰した場合にはドライバチップ220の異常発生期間が短くなるので、コントローラチップ210でドライバチップ220の異常を認識することができなくなるおそれがあった。
For example, if the
なお、異常パルス信号Sbのパルス周期T1や異常判定期間T2を短く設定すれば、上記の課題を解決することは可能である。しかしながら、このような解決策では、トランスチップ230での消費電流が増大してしまうので、最善の解決策とは言えなかった。
In addition, if the pulse period T1 of the abnormal pulse signal Sb and the abnormality determination period T2 are set short, the above-described problem can be solved. However, such a solution is not the best solution because the current consumption in the
本発明は、本願の発明者らによって見い出された上記の問題点に鑑み、2つの回路を絶縁しつつ一方の異常を確実に他方に伝達することのできる信号伝達装置、及び、これを用いたモータ駆動装置の提供を目的とする。 In view of the above problems found by the inventors of the present application, the present invention uses a signal transmission device capable of reliably transmitting one abnormality to the other while insulating the two circuits. An object is to provide a motor drive device.
上記の目的を達成するために、本発明に係る信号伝達装置は、絶縁素子を介して第1回路と第2回路との間を絶縁しながら信号伝達を行うものであって、前記第1回路は、前記第2回路から伝達される異常パルス信号を監視して前記第2回路の異常有無を判定し、前記第2回路は、前記第2回路で異常が検出されてから少なくとも前記第1回路で前記第2回路の異常有無が判定されるまで前記異常パルス信号を異常状態に保持する構成(第1の構成)とされている。 In order to achieve the above object, a signal transmission device according to the present invention performs signal transmission while insulating between a first circuit and a second circuit via an insulating element, wherein the first circuit Monitors an abnormal pulse signal transmitted from the second circuit to determine whether the second circuit is abnormal or not, and the second circuit is configured to detect at least the first circuit after an abnormality is detected in the second circuit. Thus, the abnormal pulse signal is held in an abnormal state (first configuration) until it is determined whether or not the second circuit is abnormal.
なお、上記第1の構成から成る信号伝達装置において、前記第2回路は、異常検出信号を生成する異常検出部と、前記異常検出信号をラッチして異常検出ラッチ信号を生成するラッチ部と、前記異常検出ラッチ信号に基づいて前記異常パルス信号のパルス生成動作が許可/禁止される異常パルス信号生成部と、を含む構成(第2の構成)にするとよい。 In the signal transmission device having the first configuration, the second circuit includes an abnormality detection unit that generates an abnormality detection signal, a latch unit that latches the abnormality detection signal and generates an abnormality detection latch signal, A configuration (second configuration) including an abnormal pulse signal generation unit that allows / prohibits a pulse generation operation of the abnormal pulse signal based on the abnormality detection latch signal.
また、上記第2の構成から成る信号伝達装置において、前記第2回路は、前記異常検出ラッチ信号に基づいて出力信号の生成動作が許可/禁止される出力部を含む構成(第3の構成)にするとよい。 Further, in the signal transmission device having the second configuration, the second circuit includes an output unit in which an output signal generation operation is permitted / prohibited based on the abnormality detection latch signal (third configuration). It is good to.
また、上記第2または第3の構成から成る信号伝達装置において、前記第1回路は、所定の異常判定期間にわたって前記異常パルス信号のパルスを検出することができなければ前記第2回路に異常が生じていると判定する異常判定部を含む構成(第4の構成)にするとよい。 In the signal transmission device having the second or third configuration, if the first circuit cannot detect a pulse of the abnormal pulse signal over a predetermined abnormality determination period, the second circuit has an abnormality. A configuration (fourth configuration) including an abnormality determination unit that determines that the occurrence has occurred is preferable.
また、上記第4の構成から成る信号伝達装置において、前記第1回路は、前記異常判定部での判定結果に応じた異常信号を前記信号伝達装置の外部に出力する異常信号出力部を含む構成(第5の構成)にするとよい。 In the signal transmission device having the fourth configuration, the first circuit includes an abnormal signal output unit that outputs an abnormal signal according to a determination result of the abnormality determination unit to the outside of the signal transmission device. (Fifth configuration) is preferable.
また、上記第2〜第5いずれかの構成から成る信号伝達装置において、前記ラッチ部はラッチ解除信号に応じて前記異常検出信号のラッチを解除する構成(第6の構成)にするとよい。 In the signal transmission device having any one of the second to fifth configurations, the latch unit may be configured to release the latch of the abnormality detection signal according to a latch release signal (sixth configuration).
また、上記第6の構成から成る信号伝達装置において、前記ラッチ解除信号は、前記信号伝達装置の外部から入力される構成(第7の構成)にするとよい。 In the signal transmission device having the sixth configuration, the latch release signal may be input from the outside of the signal transmission device (seventh configuration).
また、上記第6の構成から成る信号伝達装置において、前記第2回路は、前記ラッチ部で前記異常検出信号がラッチされてから所定のラッチ期間が経過した後に前記ラッチ解除信号を生成するタイマ部を含む構成(第8の構成)にするとよい。 In the signal transmission device having the sixth configuration, the second circuit includes a timer unit that generates the latch release signal after a predetermined latch period has elapsed since the latch unit latched the abnormality detection signal. (Eighth configuration).
また、上記第6の構成から成る信号伝達装置において、前記第2回路は、前記異常検出部で異常の解消が検出されてから所定のラッチ期間が経過した後に前記ラッチ解除信号を生成するタイマ部を含む構成(第9の構成)にするとよい。 Further, in the signal transmission device having the sixth configuration, the second circuit includes a timer unit that generates the latch release signal after a predetermined latch period has elapsed after the abnormality detection unit detects the cancellation of the abnormality. (9th configuration).
また、上記第8または第9の構成から成る信号伝達装置において、前記第2回路は、前記異常パルス信号生成部と前記タイマ部の双方にクロック信号を供給するクロック信号発振部を含む構成(第10の構成)にするとよい。 Further, in the signal transmission device having the eighth or ninth configuration, the second circuit includes a clock signal oscillation unit that supplies a clock signal to both the abnormal pulse signal generation unit and the timer unit (first configuration). 10 configurations).
また、上記第1〜第10いずれかの構成から成る信号伝達装置は、前記第1回路が集積化された第1半導体チップと、前記第2回路が集積化された第2半導体チップと、前記絶縁素子が集積化された第3チップと、を独立に有し、これらを一つのパッケージに封止して成る構成(第11の構成)にするとよい。 The signal transmission device having any one of the first to tenth configurations includes a first semiconductor chip in which the first circuit is integrated, a second semiconductor chip in which the second circuit is integrated, A third chip in which insulating elements are integrated may be provided independently, and these may be configured to be sealed in one package (an eleventh configuration).
また、上記第1〜第10いずれかの構成から成る信号伝達装置は、前記第1回路が集積化された第1半導体チップと、前記第2回路が集積化された半導体チップを独立に有し、これらを一つのパッケージに封止して成り、前記絶縁素子は前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップの少なくとも一方に内蔵された構成(第12の構成)にするとよい。 Further, the signal transmission device having any one of the first to tenth configurations independently includes a first semiconductor chip in which the first circuit is integrated and a semiconductor chip in which the second circuit is integrated. These are sealed in one package, and the insulating element is preferably built in at least one of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip (a twelfth structure).
また、上記第1〜第12いずれかの構成から成る信号伝達装置において、前記絶縁素子は、トランスである構成(第13の構成)にするとよい。 In the signal transmission device having any one of the first to twelfth configurations, the insulating element may be a transformer (a thirteenth configuration).
また、本発明に係るモータ駆動装置は、入出力間を絶縁しながらスイッチ制御信号の伝達を行う上記第1〜第13いずれかの構成から成る信号伝達装置と、前記信号伝達装置から出力される前記スイッチ制御信号に応じてモータ駆動電流の供給制御を行うスイッチ素子と、を有する構成(第14の構成)とされている。 In addition, a motor drive device according to the present invention outputs a signal transmission device having any one of the first to thirteenth configurations for transmitting a switch control signal while insulating the input and output, and the signal transmission device. And a switch element that performs supply control of the motor drive current in response to the switch control signal (fourteenth configuration).
本発明によれば、2つの回路を絶縁しつつ一方の異常を確実に他方に伝達することのできる信号伝達装置、及びこれを用いたモータ駆動装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a signal transmission device capable of reliably transmitting one abnormality to the other while insulating two circuits, and a motor driving device using the signal transmission device.
以下では、本発明に係る信号伝達装置を用いたモータ駆動装置(特に、高電圧を用いるハイブリッド自動車に搭載されるモータ駆動用IC)を例に挙げて詳細な説明を行う。 Hereinafter, a motor drive device using the signal transmission device according to the present invention (particularly, a motor drive IC mounted on a hybrid vehicle using a high voltage) will be described in detail as an example.
図1は、本発明に係る信号伝達装置を用いたモータ駆動装置の一構成例を示すブロック図である。本構成例のモータ駆動装置は、ハイサイドスイッチSWHと、ローサイドスイッチSWLと、ハイサイドスイッチSWHの制御手段であるスイッチ制御装置1と、エンジンコントロールユニット2(以下ではECU[Engine Control Unit]2と呼ぶ)と、直流電圧源E1及びE2と、npn型バイポーラトランジスタQ1と、pnp型バイポーラトランジスタQ2と、キャパシタC1〜C3と、抵抗R1〜R8と、ダイオードD1とを有する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a motor drive device using a signal transmission device according to the present invention. The motor drive device of this configuration example includes a high-side switch SWH, a low-side switch SWL, a
スイッチ制御装置1は、第1半導体チップ10と、第2半導体チップ20と、第3半導体チップ30と、を一つのパッケージに封止して成る。
The
スイッチ制御装置1に関する第1の特長は、入出力間絶縁耐圧が1200Vという点である。第2の特長は、UVLOを内蔵している点である。第3の特長は、ウォッチドッグタイマ機能を内蔵している点である。第4の特長は、過電流保護機能(自動復帰型)を内蔵している点である。第5の特長は、過電流保護動作時におけるソフトターンオフ機能を内蔵している点である。第6の特長は、外部エラー検出機能(ERRIN)を内蔵している点である。第7の特長は、異常状態出力機能(FLT、OCPOUT)を内蔵している点である。第8の特長は、アクティブミラークランプ機能を内蔵している点である。第9の特長は、ショートサーキットクランプ機能を内蔵している点である。
The first feature regarding the
第1半導体チップ10は、直流電圧源E1から第1電源電圧VCC1(GND1基準で5[V]や3.3[V]など)の供給を受けて駆動され、入力信号INに基づいてスイッチ制御信号S1及びS2を生成するコントローラが集積化されたコントローラチップである。第1半導体チップ10の主な機能としては、スイッチ制御信号S1、S2の生成機能ないし出力機能、トランス伝達異常監視機能(入力信号INの入出力論理監視機能)、エラー状態出力機能、UVLO機能、及び、外部エラー入力信号処理機能を挙げることができる。なお、第1半導体チップ10の耐圧は、第1電源電圧VCC1(GND1基準)を考慮して、適切な耐圧(例えば7[V]耐圧)に設計すればよい。
The
第2半導体チップ20は、直流電圧源E2から第2電源電圧VCC2(GND2基準で10〜30[V])の供給を受けて駆動され、第1半導体チップ10から第3半導体チップ30を介して入力されるスイッチ制御信号S1及びS2に基づいて、一端に数百[V]の高電圧VD1が印加されるハイサイドスイッチSWHの駆動制御を行うドライバが集積化されたドライバチップである。第2半導体チップ20の主な機能としては、出力信号OUTの生成機能ないし出力機能、過電流/過電圧保護機能、及び、UVLO機能を挙げることができる。なお、第2半導体チップ20の耐圧は、第2電源電圧VCC2(GND2基準)を考慮して、適切な耐圧(例えば40[V]耐圧)に設計すればよい。
The
第3半導体チップ30は、第1半導体チップ10と第2半導体チップ20との間を直流的に絶縁しながら、スイッチ制御信号S1及びS2、ウォッチドッグ信号S3、及び、フォルト信号S4の受け渡しを行うトランスが集積化されたトランスチップである。なお、第3半導体チップ30については、半導体基板を用いないチップとしてもよい。
The
上記したように、本構成例のスイッチ制御装置1は、コントローラが集積化される第1半導体チップ10やドライバが集積化される第2半導体チップ20とは別に、トランスのみを搭載する第3半導体チップ30を独立に有して成り、これらを一のパッケージに封止して成る構成とされている。
As described above, the
このような構成とすることにより、第1半導体チップ10、及び、第2半導体チップ20については、いずれも一般の低耐圧プロセス(数[V]耐圧〜数十[V]耐圧)で作成することが可能となるので、専用の高耐圧プロセス(数百[V]耐圧)を用いる必要がなくなり、製造コストを低減することが可能となる。
By adopting such a configuration, the
また、第1半導体チップ10、及び、第2半導体チップ20については、いずれも実績のある既存プロセスで作成することが可能であり、新たに信頼性試験を行う必要がないので、開発期間の短縮や開発コストの低減に貢献することができる。
Further, both the
また、仕様変更する場合は、当該チップのみ(例えば出力側を仕様変更する場合には第2半導体チップ20のみ)を載せ換えることにより、容易に対応することが可能となるので、全てのチップを開発し直す必要がなくなり、開発期間の短縮や開発コストの低減に貢献することができる。
In addition, when changing the specification, it is possible to easily cope by replacing only the chip (for example, only the
ECU2は、エンジン運転及びモータ運転における電気的な制御を総合的に行うための手段であり、スイッチ制御装置1との間で、各種信号(IN、RST、FLT、OCPOUT)のやり取りを行うマイクロコントローラである。
The
ハイサイドスイッチSWH、及び、ローサイドスイッチSWLは、それぞれ、第1モータ駆動電圧VD1の印加端とモータコイルの一端との間、及び、第2モータ駆動電圧VD2の印加端とモータコイルの一端との間に接続され、各々のオン/オフ制御に応じて、モータ駆動電流の供給制御を行う手段である。なお、本構成例のモータ駆動装置では、ハイサイドスイッチSWH及びローサイドスイッチSWLとして、それぞれ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor])を用いているが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、SiC[Silicon Carbide]半導体を用いたMOS[Metal Oxide Semiconductor]電界効果トランジスタや、Si半導体を用いたMOS電界効果トランジスタを採用しても構わない。特に、SiC半導体を用いたMOS電界効果トランジスタは、Si半導体を用いたMOS電界効果トランジスタよりも耐電圧が高く、耐熱温度が高いため、ハイブリッド自動車への搭載に好適である。 The high side switch SWH and the low side switch SWL are respectively between the application end of the first motor drive voltage VD1 and one end of the motor coil, and between the application end of the second motor drive voltage VD2 and one end of the motor coil. It is a means connected between them to perform supply control of the motor drive current according to each on / off control. In the motor drive device of this configuration example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT [Insulated Gate Bipolar Transistor]) is used as each of the high side switch SWH and the low side switch SWL. However, the configuration of the present invention is not limited thereto. Instead, a MOS [Metal Oxide Semiconductor] field effect transistor using a SiC [Silicon Carbide] semiconductor or a MOS field effect transistor using a Si semiconductor may be employed. In particular, a MOS field effect transistor using a SiC semiconductor has a higher withstand voltage and a higher heat resistant temperature than a MOS field effect transistor using a Si semiconductor, and thus is suitable for mounting in a hybrid vehicle.
次に、スイッチ制御装置1の内部構成について説明する。
Next, the internal configuration of the
第1半導体チップ10は、第1送信部11と、第2送信部12と、第1受信部13と、第2受信部14と、ロジック部15と、第1低電圧ロックアウト部16(以下では第1UVLO[Under Voltage Lock Out]部16と呼ぶ)と、外部エラー検出部(外部エラー検出用コンパレータ)17と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタNa及びNbと、を有して成る。
The
第2半導体チップ20は、第3受信部21と、第4受信部22と、第3送信部23と、第4送信部24と、ロジック部25と、ドライバ部26と、第2低電圧ロックアウト部27(以下では、第2UVLO部27と呼ぶ)と、過電流検出部(過電流検出用コンパレータ)28と、OCP[Over Current Protection]タイマ29と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP1及びP2と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN1〜N3と、SRフリップフロップFFと、を有して成る。
The
第3半導体チップ30は、第1トランス31と、第2トランス32と、第3トランス33と、第4トランス34と、を有して成る。
The
第1送信部11は、ロジック部15から入力されるスイッチ制御信号S1を第1トランス31経由で第3受信部21に送信する手段である。第2送信部12は、ロジック部15から入力されるスイッチ制御信号S2を第2トランス32経由で第4受信部22に送信する手段である。第1受信部13は、第3送信部23から第3トランス33経由で入力されるウォッチドッグ信号S3を受信してロジック部15に伝達する手段である。第4受信部14は、第4送信部24から第4トランス34経由で入力されるドライバ異常信号S4を受信してロジック部15に伝達する手段である。
The
ロジック部15は、ECU2との間で、各種信号(IN、RST、FLT、OCPOUT)のやり取りを行うとともに、第1送信部11、第2送信部12、第1受信部13、及び、第2受信部14を用いて、第2半導体チップ20との間で、各種信号(S1〜S4)のやり取りを行う手段である。
The
なお、ロジック部15は、入力信号INがハイレベルであるときには、出力信号OUTをハイレベルとするようにスイッチ制御信号S1、S2を生成し、逆に、入力信号INがローレベルであるときには、出力信号OUTをローレベルとするようにスイッチ制御信号S1、S2を生成する。より具体的に述べると、ロジック部15は、入力信号INのポジティブエッジ(ローレベルからハイレベルへの立上がりエッジ)を検出してスイッチ制御信号S1にパルスを立てる一方、入力信号INのネガティブエッジ(ハイレベルからローレベルへの立下がりエッジ)を検出してスイッチ制御信号S2にパルスを立てる。
When the input signal IN is at a high level, the
また、ロジック部15は、リセット信号RSTがローレベルであるときには、出力信号OUTの生成動作をディセーブルとするように、すなわち、出力信号OUTをローレベルで固定するようにスイッチ制御信号S1、S2を生成し、逆に、リセット信号RSTがハイレベルであるときには、出力信号OUTの生成動作をイネーブルとするように、すなわち、出力信号OUTを入力信号INに応じた論理レベルとするようにスイッチ制御信号S1、S2を生成する。なお、リセット信号RSTが所定時間(例えば500[ns])にわたってローレベルに維持された場合、ロジック部15は、過電流検出部28による保護動作を復帰させるようにスイッチ制御信号S1、S2を生成する。
Further, when the reset signal RST is at the low level, the
また、ロジック部15は、スイッチ制御装置1の正常時には、トランジスタNaをオフとして、第1状態信号FLTをオープン(抵抗R1によるプルアップ状態)とし、スイッチ制御装置1の異常時(第1半導体チップ10側での低電圧異常やスイッチ制御信号S1及びS2のトランス伝達異常、或いは、ERRIN信号異常が検出された時)には、トランジスタNaをオンとして、第1状態信号FLTをローレベルとする。このような構成であれば、ECU2は、第1状態信号FLTを監視することにより、スイッチ制御装置1の状態を把握することが可能となる。なお、第1半導体チップ10側での低電圧異常については、第1UVLO部16での検知結果に基づいて判断すればよく、また、スイッチ制御信号S1、S2のトランス伝達異常については、入力信号IN(スイッチ制御信号S1、S2)とウォッチドッグ信号S3との比較結果に基づいて判断すればよい。また、ERRIN信号異常については、外部エラー検出部17の出力結果に基づいて判断すればよい。
Further, when the
また、ロジック部15は、スイッチ制御装置1の正常時には、トランジスタNbをオフとして、第2状態信号OCPOUTをオープン(抵抗R2によるプルアップ状態)とし、スイッチ制御装置1の異常時(第2半導体チップ20側での低電圧異常やハイサイドスイッチSWHに流れるモータ駆動電流の過電流が検出された時)には、トランジスタNbをオンとして、第2状態信号OCPOUTをローレベルとする。このような構成であれば、ECU2は、第2状態信号OCPOUTを監視することにより、スイッチ制御装置1の状態を把握することが可能となる。なお、第2半導体チップ20側での低電圧異常やハイサイドスイッチSWHに流れるモータ駆動電流の過電流については、ドライバ異常信号S4に基づいて判断すればよい。
Further, when the
第1UVLO部16は、第1電源電圧VCC1が低電圧状態であるか否かを監視し、その監視結果をロジック部15に伝達する手段である。
The
外部エラー検出部17は、抵抗R3と抵抗R4の接続ノードからERRIN端子に入力される電圧(監視対象となるアナログ電圧を抵抗分割して得られる分圧電圧)と所定の閾値電圧とを比較し、その比較結果をロジック部15に伝達する手段である。
The external
第3受信部21は、第1送信部11から第1トランス31経由で入力されるスイッチ制御信号S1を受信してSRフリップフロップFFのセット入力端(S)に伝達する手段である。第4受信部22は、第2送信部12から第2トランス32経由で入力されるスイッチ制御信号S2を受信してSRフリップフロップFFのリセット入力端(R)に伝達する手段である。第3送信部23は、ロジック部25から入力されるウォッチドッグ信号S2を第3トランス33経由で第1受信部13に送信する手段である。第4送信部24は、ロジック部25から入力されるドライバ異常信号S4を第4トランス34経由で第2受信部14に送信する手段である。
The
SRフリップフロップFFは、セット入力端(S)に入力されるスイッチ制御信号S1のパルスエッジをトリガとして出力信号をハイレベルにセットし、リセット入力端(R)に入力されるスイッチ制御信号S2のパルスエッジをトリガとして出力信号をローレベルにリセットする。すなわち、上記の出力信号は、ECU2からロジック部15に入力される入力信号INと同一信号となる。なお、上記の出力信号は、SRフリップフロップFFの出力端(Q)からロジック部25に送出される。
The SR flip-flop FF sets the output signal to a high level using the pulse edge of the switch control signal S1 input to the set input terminal (S) as a trigger, and the switch control signal S2 input to the reset input terminal (R). The output signal is reset to low level using a pulse edge as a trigger. That is, the output signal is the same signal as the input signal IN input from the
ロジック部25は、SRフリップフロップFFの出力信号(入力信号INと同一信号)に基づいて、ドライバ部26の駆動信号を生成する。
The
また、ロジック部25は、第2UVLO部27及び過電流検出部28での検知結果に基づいて、低電圧異常や過電流が生じていると判断した場合、その旨を異常検知信号でドライバ部26に伝達するとともに、ドライバ異常信号S4でロジック部15にも伝達する。このような構成とすることにより、第2半導体チップ20に異常が生じた場合でも、ドライバ部26は速やかに保護動作を行うことが可能となり、ロジック部15はECU2への異常通知動作(第2状態信号OCPOUTのローレベル遷移)を行うことが可能となる。なお、ロジック部25は、過電流保護動作後、所定時間が経過した時点で過電流保護動作からの自動復帰を行う機能を有している。
Further, when the
また、ロジック部25は、SRフリップフロップFFの出力信号をそのままウォッチドッグ信号S3として第3送信部23に出力する。このように、第2半導体チップ20から第1半導体チップ10に向けてウォッチドッグ信号S3を返信する構成であれば、ロジック部15において、第1半導体チップ10に入力された入力信号INと、これに対して第2半導体チップ20から返信されたウォッチドッグ信号S3を比較することにより、トランス伝達異常の有無を判定することが可能となる。
In addition, the
ドライバ部26は、ロジック部25から入力される駆動信号に基づいて、トランジスタP1とトランジスタN1のオン/オフ制御を行い、トランジスタP1とトランジスタN1との接続ノードから出力信号OUTを出力する手段である。出力信号OUTは、トランジスタQ1及びQ2から成る駆動回路を介して、ハイサイドスイッチSWHに入力されている。なお、出力信号OUTがハイレベルであるときには、ハイサイドスイッチSWHがオンとされ、逆に、出力信号OUTがローレベルであるときには、ハイサイドスイッチSWHがオフとされる。
The
なお、ドライバ部26は、出力信号OUTの電圧レベル(GND2基準)がローレベルとなったとき、ハイサイドスイッチSWHのゲートからCLAMP端子を介して電荷(ミラー電流)を吸い込むように、トランジスタN2をオンとする機能(アクティブミラークランプ機能)を有している。このような構成とすることにより、ハイサイドスイッチSWHをオフした後、トランジスタN2をオンすることで、ローサイドスイッチSWLがオンしたときにハイサイドスイッチSWHのコレクタ−ゲート間容量からの流入電流によりハイサイドスイッチSWHのゲート電位が上昇するのを抑えることが可能となる。
Note that the
また、ドライバ部26は、出力信号OUTの電圧レベル(GND2基準)がハイレベルとなったとき、CLAMP端子を介してハイサイドスイッチSWHのゲートを電源電圧VCC2にクランプするように、トランジスタP2をオンとする機能(ショートサーキットクランプ機能)を有している。このような構成とすることにより、ハイサイドスイッチSWHをオンする際、ハイサイドスイッチSWHのゲート電位が電源電圧VCC2よりも高電位まで上昇することはなくなる。
Further, the
また、ドライバ部26は、ロジック部25から入力される異常検知信号に基づいて保護動作を行う必要があると判断した場合、トランジスタP1、P2及びトランジスタN1、N2をいずれもオフとする一方、トランジスタN3をオンとする機能(ソフトターンオフ機能)を有している。このようなスイッチ制御により、保護動作時には、ハイサイドスイッチSWHのゲートから抵抗R5を介して、通常動作時よりも緩やかに電荷を引き抜くことができる。このような構成とすることにより、保護動作時にモータ電流が瞬断されることを回避できるので、モータコイルの逆起電力によって生じるサージを抑制することが可能となるほか、内部のケーブルやバスバーなどの寄生インダクタンスによるサージも抑制することが可能となる。なお、抵抗R5の抵抗値を適宜選択することにより、保護動作時の立ち下がり時間を任意に調整することができる。
When the
第2UVLO部27は、第2電源電圧VCC2が低電圧状態であるか否かを監視し、その監視結果をロジック部25に伝達する手段である。
The
過電流検出部28は、抵抗R7と抵抗R8の接続ノードからOCP/DESATIN端子に入力される電圧(ダイオードD1のアノード電圧を抵抗分割して得られる分圧電圧)と所定の閾値電圧とを比較し、その比較結果をロジック部25に伝達する手段である。なお、ハイサイドスイッチSWHに流れるモータ駆動電流が大きいほど、ハイサイドスイッチSWHとして用いられている絶縁ゲートバイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧が大きくなる。従って、ハイサイドスイッチSWHに流れるモータ駆動電流が大きいほど、ダイオードD1のアノード電圧が上昇し、延いては、OCP/DESATIN端子に入力される電圧が上昇する。そこで、過電流検出部28は、OCP/DESATINに入力される電圧(GND2基準)が所定の閾値(例えば0.5[V])に達したとき、ハイサイドスイッチSWHに流れるモータ駆動電流が過電流状態であると判定する。
The
なお、本構成例では、ハイサイドスイッチSWHとして用いられている絶縁ゲートバイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を検出することで、モータ駆動電流の検出を行う方式(電圧検出方式)を採用した構成を例に挙げて説明を行ったが、モータ駆動電流の検出方式はこれに限定されるものではなく、例えば、ハイサイドスイッチSWHに流れるモータ駆動電流(或いは、これと同等の挙動を示すミラー電流)をセンス抵抗に流して電圧信号を生成し、これをOCP/DESATIN端子に入力する方式(電流検出方式)を採用しても構わない。 In this configuration example, a configuration (voltage detection method) is adopted in which the motor drive current is detected by detecting the collector-emitter voltage of the insulated gate bipolar transistor used as the high-side switch SWH. Although the description has been given by way of example, the detection method of the motor drive current is not limited to this, for example, the motor drive current flowing in the high-side switch SWH (or a mirror current that exhibits equivalent behavior). May be applied to the sense resistor to generate a voltage signal and input it to the OCP / DESATIN terminal (current detection method).
OCPタイマ29は、過電流保護動作後の経過時間をカウントする手段である。
The
第1トランス31は、第1半導体チップ10から第2半導体チップ20にスイッチ制御信号S1を伝達するための直流絶縁素子である。第2トランス32は、第1半導体チップ10から第2半導体チップ20にスイッチ制御信号S2を伝達するための直流絶縁素子である。第3トランス33は、第2半導体チップ20から第1半導体チップ10にウォッチドッグ信号S3を伝達するための直流絶縁素子である。第4トランス34は、第2半導体チップ20から第1半導体チップ10にドライバ異常信号S4を伝達するための直流絶縁素子である。
The
このように、第1半導体チップ10と第2半導体チップ20との間で、スイッチ制御信号S1及びS2だけでなく、ウォッチドッグ信号S3やドライバ異常信号S4をやり取りする構成であれば、ハイサイドスイッチSWHのオン/オフ制御だけでなく、種々の保護機能を適切に実現することが可能となる。
In this way, if the configuration is such that not only the switch control signals S1 and S2 but also the watchdog signal S3 and the driver abnormality signal S4 are exchanged between the
図2は、トランス31〜34を介した送受信回路部分の詳細図である。本図に示すように、第1半導体チップ10側に設けられる第1送信部11、第2送信部12、第1受信部13、及び、第2受信部14は、いずれも例えばVCC1−GND1間の電源電圧で駆動されるものであり、第2半導体チップ20側に設けられる第3受信部21、第4受信部22、第3送信部23、及び、第4送信部24は、いずれも例えばVCC2−GND2間の電源電圧で駆動されるものである。
FIG. 2 is a detailed diagram of a transmission / reception circuit portion through the transformers 31-34. As shown in the figure, the
このような構成であれば、先にも述べた通り、第1半導体チップ10、及び、第2半導体チップ20については、いずれも一般の低耐圧プロセス(数[V]耐圧〜数十[V]耐圧)で作成することが可能となるので、専用の高耐圧プロセス(数百[V]耐圧)を用いる必要がなくなり、製造コストを低減することが可能となる。
With such a configuration, as described above, the
なお、図2では、第1受信部13、第2受信部14、第3受信部21、及び、第4受信部22のいずれについても、ヒステリシス特性を有するコンパレータを用いた構成が描写されているが、ヒステリシス特性の有無については任意である。
In FIG. 2, a configuration using a comparator having hysteresis characteristics is depicted for each of the
次に、スイッチ制御装置1の諸機能の詳細について、総括的に説明する。
Next, details of various functions of the
<UVLO1(コントローラ側低電圧時誤動作防止機能)>
スイッチ制御装置1は、コントローラ側電源電圧(VCC1−GND1間電圧)が所定の下側閾値電圧VUVLO1L以下になると、ハイサイドスイッチSWHをオフとし、FLT端子をローレベルとする。一方、スイッチ制御装置1は、コントローラ側電源電圧(VCC1−GND1間電圧)が所定の上側閾値電圧VUVLO1H以上になると、通常動作を開始し、FLT端子をオープン(ハイレベル)とする。
<UVLO1 (Controller side malfunction prevention function at low voltage)>
When the controller side power supply voltage (voltage between VCC1 and GND1) becomes equal to or lower than a predetermined lower threshold voltage VUVLO1L , the
<UVLO2(ドライバ側低電圧時誤動作防止機能)>
スイッチ制御装置1は、ドライバ側電源電圧(VCC2−GND2間電圧)が所定の下側閾値電圧VUVLO2L以下になると、ハイサイドスイッチSWHをオフとし、OCPOUT端子をローレベルとする。一方、スイッチ制御装置1は、ドライバ側電源電圧(VCC2−GND2間電圧)が所定の上側閾値電圧VUVLO2H以上になると通常動作を開始し、OCPOUT端子をオープン(ハイレベル)とする。
<UVLO2 (driver side malfunction prevention function at low voltage)>
When the driver side power supply voltage (voltage between VCC2 and GND2) becomes equal to or lower than a predetermined lower threshold voltage VUVLO2L , the
<アナログエラー入力>
スイッチ制御装置1は、ERRIN端子への入力電圧が所定の閾値電圧VERRDET以上になると、ハイサイドスイッチSWHをオフとし、FLT端子をローレベルとする。このような構成とすることにより、スイッチ制御装置1の周辺回路に生じる異常についても、これを監視して適切な保護動作を行うことができるので、例えば、モータ電源の過電圧保護動作に利用することが可能である。なお、上記の閾値電圧ERRDETには、所定のヒステリシス(VERRHYS)を持たせるとよい。
<Analog error input>
When the input voltage to the ERRIN terminal becomes equal to or higher than a predetermined threshold voltage V ERRDET , the
<過電流保護>
スイッチ制御装置1は、OCP/DESATIN端子への入力電圧が所定の閾値電圧VOCDET(対GND2)以上になると、ハイサイドスイッチSWHをオフとし、OCPOUT端子をローレベルとする。
<Overcurrent protection>
When the input voltage to the OCP / DESATIN terminal becomes equal to or higher than a predetermined threshold voltage V OCDET (vs. GND2), the
<過電流保護自動復帰>
スイッチ制御装置1は、過電流保護動作後、一定時間(tOCPRLS)経過すると、自動復帰し、OCPOUT端子をオープン(ハイレベル)とする。なお、復帰時間は、スイッチ制御装置1の内部で固定的に設定してもよいし、装置外部から調整可能としてもよい。
<Overcurrent protection automatic recovery>
The
<ウォッチドッグタイマ>
スイッチ制御装置1は、ECU2から第1半導体チップ10に入力される入力信号INと、第2半導体チップ20から第1半導体チップ10にフィードバックされたウォッチドッグ信号S3とを比較し、両信号の論理が不一致である場合には、入力信号INとウォッチドッグ信号S3が一致するようにスイッチ制御装置1内部で自己修正し、FLT端子をローレベルとする。
<Watchdog timer>
The
<保護動作時ソフトターンオフ>
スイッチ制御装置1は、過電流保護動作時、PROOUT端子をローレベルとし、OUT端子をオープンとする。このような制御により、ハイサイドスイッチSWHをゆっくりとオフすることが可能となる。なお、オフ時のスルーレートは、外付けの抵抗R5の抵抗値を適宜選択することによって任意に調整することが可能である。
<Soft turn-off during protection operation>
In the overcurrent protection operation, the
<アクティブミラークランプ>
スイッチ制御装置1は、ハイサイドスイッチSWHのゲート電位が所定の閾値電圧VAMC以下になったとき、CLAMP端子をLとする。このような制御により、ハイサイドスイッチSWHを確実にオフすることが可能となる。
<Active mirror clamp>
The
<ショートサーキットクランプ>
スイッチ制御装置1は、CLAMP端子の印加電圧がVCC2−VSCC以上になると、CLAMP端子をハイレベルとする。このような制御により、ハイサイドスイッチSWHのゲート電位が第2電源電圧VCC2よりも上昇してしまうことがなくなる。
<Short circuit clamp>
When the applied voltage at the CLAMP terminal becomes equal to or higher than VCC2-V SCC , the
図3は、端子配置及びパッケージ内におけるチップ配列の一例を示す模式図である。図3に示すように、本構成例のスイッチ制御装置1において、パッケージは、相対する2辺にそれぞれ複数のピンが配列されるものであり、第1半導体チップ10、第2半導体チップ20、及び、第3半導体チップ30は、前記複数のピンの配列方向に対して垂直(紙面の横方向)に並べられている。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the terminal arrangement and the chip arrangement in the package. As shown in FIG. 3, in the
このようなチップ配列を採用することにより、第1半導体チップ10に接続されるピン11〜20と第2半導体チップ20に接続されるピン1〜10を相対する2辺に分配して配列することができるので、ピン間隔を最小限に維持したまま、ピン11〜20とピン1〜10との短絡を防止することが可能となる。また、ピン11〜20とピン1〜10の沿面距離を確保することができるので、ピン11〜20からピン1〜10への気中放電を防止することも可能である。
By adopting such a chip arrangement, the
また、図3で示すように、本構成例のスイッチ制御装置1において、第1半導体チップ10及び第3半導体チップ30は、第1アイランド40上に搭載されており、第2半導体チップ20は、第2アイランド50上に搭載されている。このような構成とすることにより、第1アイランド40を低圧側アイランド(GND1固定)、第2アイランド50を高圧側アイランド(VEE2固定)というように、互いに電源系を分離して用いることが可能となる。なお、第1アイランド40と第2アイランド50は、いずれも非磁性素材(例えば銅)から成るが、磁性素材(例えば鉄)を用いても構わない。
Further, as shown in FIG. 3, in the
図4は、外部端子の説明テーブルである。ピン1(NC)はノンコネクション端子である。ピン2(VEE2)は負電源端子(例えば、最低:−15V)である。ピン3(GND2)はGND端子であり、スイッチ制御装置1の外部において絶縁ゲートバイポーラトランジスタTr1のエミッタに接続される。ピン4(OCP/DESATIN)は過電流検出端子である。ピン5(OUT)は出力端子である。ピン6(VCC2)は正電源端子(例えば、最高:30V)である。ピン7(CLAMP)はクランプ端子である。ピン8(PROOUT)はソフトターンオフ出力端子である。ピン9(VEE2)は負電源端子である。ピン10(NC)はノンコネクション端子である。ピン11(GND1)はGND端子である。ピン12(IN)は制御入力端子である。ピン13(RST)はリセット入力端子である。ピン14(FLT)は第1状態信号(コントローラチップ側の異常状態検出信号)の出力端子である。ピン15(OCPOUT)は第2状態信号(ドライバチップ側の異常状態検出信号)の出力端子である。ピン16(ERRIN)はエラー検出端子である。ピン17(VCC1)は電源端子(例えば5V)である。ピン18(NC)及びピン19(NC)はいずれもノンコネクション端子である。ピン20(GND1)はGND端子である。
FIG. 4 is an explanatory table of external terminals. Pin 1 (NC) is a non-connection terminal. Pin 2 (VEE2) is a negative power supply terminal (for example, minimum: −15V). Pin 3 (GND2) is a GND terminal and is connected to the emitter of the insulated gate bipolar transistor Tr1 outside the
次に、ドライバチップからコントローラチップにドライバ異常信号を伝達するための回路構成について、より具体的な説明を行う。 Next, a circuit configuration for transmitting a driver abnormality signal from the driver chip to the controller chip will be described more specifically.
図5は、本発明に係る信号伝達装置の第1実施形態を示すブロック図である。第1実施形態の信号伝達装置100は、コントローラチップ110(図1の第1半導体チップ10に相当)と、ドライバチップ120(図1の第2半導体チップ20に相当)と、トランスチップ130(図1の第3半導体チップ30に相当)と、を独立に有し、これらを一つのパッケージに封止して成る。
FIG. 5 is a block diagram showing a first embodiment of a signal transmission device according to the present invention. The
コントローラチップ110には、第1回路の構成要素として、異常判定部111と、異常信号出力部112と、が集積化されている。上記の第1回路は、ドライバチップ120から伝達される異常パルス信号Sb(図1のドライバ異常信号S4に相当)を監視して、ドライバチップ120の異常有無を判定する。
In the
異常判定部111は、所定の異常判定期間T2にわたって異常パルス信号Sbのパルスを検出することができなければドライバチップ120に異常が生じていると判定する。
The
異常信号出力部112は、異常判定部111での判定結果に応じた異常信号Sc(図1の第2状態信号OCPOUTに相当)を信号伝達装置100の外部に出力する。異常信号Scは、異常判定部111でドライバチップ120に異常なしと判定されていればハイレベルとなり、ドライバチップ120に異常ありと判定されていればローレベルとなる。ただし、異常判定部111での判定結果と異常信号Scの論理レベルとの関係については、上記と逆であっても構わない。
The abnormality
ドライバチップ120には、第2回路の構成要素として、出力部121と、異常検出部122と、クロック信号発振部123と、異常パルス信号生成部124と、ラッチ部125と、が集積化されている。上記の第2回路は、ドライバチップ120で異常が検出されてから少なくともコントローラチップ110でドライバチップ120の異常有無が判定されるまでの間、異常パルス信号Sbを異常状態に保持する点に特徴を有している。
In the
出力部121は、コントローラチップ110から伝達されるスイッチ制御信号(図1のスイッチ制御信号S1及びS2に相当、図5では不図示)に応じて、出力信号So(図1の出力信号OUTに相当)を生成する。この出力信号Soを用いてモータコイルの一端に接続されたスイッチ素子をオン/オフさせることにより、モータ駆動電流の供給制御を行うことができる。
The
なお、出力部121では、異常検出ラッチ信号Sa’に基づいて出力信号Soの生成動作が許可/禁止される。より具体的に述べると、異常検出ラッチ信号Sa’がローレベル(正常時の論理レベル)であるときには、出力信号Soの生成動作が許可され、異常検出ラッチ信号Sa’がハイレベル(異常時の論理レベル)であるときには、出力信号Soの生成動作が禁止される。このような構成とすることにより、ドライバチップ120の異常時には、外部からの保護信号を待つことなく、出力部121の動作を強制的に停止させることが可能となる。
In the
異常検出部122は、ドライバチップ120の動作状態(例えば、出力部121に流れる過電流の有無)を監視して異常検出信号Saを生成する。異常検出信号Saは、ドライバチップ120に異常が生じていなければローレベル(正常時の論理レベル)となり、異常が生じていればハイレベル(異常時の論理レベル)となる。ただし、ドライバチップ120の異常有無と異常検出信号Saの論理レベルとの関係については上記と逆であっても構わない。
The
クロック信号発振部123は、所定周波数のクロック信号Sxを生成して異常パルス信号生成部124に供給する。
The
異常パルス信号生成部124は、クロック信号Sxに基づいて異常パルス信号Sbを生成する。なお、異常パルス信号生成部124では、異常検出ラッチ信号Sa’に基づいて異常パルス信号Sbのパルス生成動作が許可/禁止される。より具体的に述べると、ドライバチップ120が正常であり、異常検出ラッチ信号Sa’がローレベル(正常時の論理レベル)である場合には、異常パルス信号Sbに一定のパルス周期T1でパルスが生成される。なお、パルス周期T1は、クロック信号Sxのパルス周期に応じて決定される。一方、ドライバチップ120が異常であり、異常検出ラッチ信号Sa’がハイレベル(異常時の論理レベル)である場合には、異常パルス信号Sbのパルス生成が停止される。
The abnormal pulse
ラッチ部125は、異常検出信号Saがローレベル(正常時の論理レベル)からハイレベル(異常時の論理レベル)に立ち上げられたときに、これと同期して異常検出ラッチ信号Sa’をローレベルからハイレベルに立ち上げ、以後、異常検出信号Saの論理レベルに依ることなく、異常検出ラッチ信号Sa’をハイレベル(異常時の論理レベル)にラッチする。また、ラッチ部125は、信号伝達装置100の外部からコントローラチップ110とトランスチップ120を介して入力されるラッチ解除信号Sdにパルスが立ち上げられたときに、これと同期して異常検出ラッチ信号Sa’をハイレベル(異常時の論理レベル)からローレベル(正常時の論理レベル)に復帰させる。
When the abnormality detection signal Sa rises from a low level (normal logic level) to a high level (abnormal logic level), the
トランスチップ130は、絶縁素子131及び132を含み、コントローラチップ110とドライバチップ120との間を絶縁しながら各種信号の双方向伝達を行う。なお、ドライバチップ120からコントローラチップ110に向けて異常パルス信号Sbを伝達するための絶縁素子131、及び、コントローラチップ110からドライバチップ120に向けてラッチ解除信号Sdを伝達するための絶縁素子132としては、いずれもトランスを用いることができる。
The
図6は、第1実施形態の出力異常伝達動作を示すタイミングチャートであり、上から順番に、クロック信号Sx、異常検出信号Sa、異常検出ラッチ信号Sa’、異常パルス信号Sb、異常信号Sc、及び、ラッチ解除信号Sdが描写されている。 FIG. 6 is a timing chart showing the output abnormality transmission operation of the first embodiment. In order from the top, the clock signal Sx, the abnormality detection signal Sa, the abnormality detection latch signal Sa ′, the abnormal pulse signal Sb, the abnormal signal Sc, And the latch release signal Sd is depicted.
ドライバチップ120が正常である場合には、異常検出信号Saと異常検出ラッチ信号Sa’がいずれもローレベル(正常時の論理レベル)に維持される。従って、異常パルス信号Sbには一定のパルス周期T1でパルスが生成され、異常判定部111ではドライバ異常なしと判定される。その結果、異常信号Scはハイレベル(正常時の論理レベル)に維持される。
When the
一方、ドライバチップ120に異常が生じた場合には、異常検出信号Saと異常検出ラッチ信号Sa’がいずれもローレベル(正常時の論理レベル)からハイレベル(異常時の論理レベル)に立ち上げられる。これ以後、異常検出ラッチ信号Sa’は、異常検出信号Saの論理レベルに依ることなく、ラッチ解除信号Sdにパルスが立ち上げられるまで、ハイレベル(異常時の論理レベル)にラッチされる。従って、異常パルス信号Sbのパルス生成動作が少なくとも異常判定期間T2にわたって停止されて、異常判定部111ではドライバ異常ありと判定される。その結果、異常信号Scは、ハイレベル(正常時の論理レベル)からローレベル(異常時の論理レベル)に立ち下げられる。
On the other hand, when an abnormality occurs in the
その後、ラッチ解除信号Sdにパルスが立ち上げられると、これに同期して異常検出ラッチ信号Sa’がハイレベル(異常時の論理レベル)からローレベル(正常時の論理レベル)に復帰される。従って、異常パルス信号Sbのパルス生成動作が再開され、異常判定部111ではドライバ異常なしと判定される。その結果、異常信号Scはローレベル(異常時の論理レベル)からハイレベル(正常時の論理レベル)に立ち上げられる。
Thereafter, when a pulse rises in the latch release signal Sd, the abnormality detection latch signal Sa 'is restored from the high level (logical level at the time of abnormality) to the low level (logical level at the time of normality) in synchronization with this. Therefore, the pulse generation operation of the abnormal pulse signal Sb is resumed, and the
上記で説明したように、第1実施形態の信号伝達装置100であれば、ドライバチップ120の異常検出期間(異常検出信号Saのハイレベル期間)が短い場合であっても、コントローラチップ110でドライバチップ120の異常有無が判定されるまで、異常パルス信号Sbを異常状態(パルス停止状態)に保持することができるので、ドライバチップ120の異常を確実にコントローラチップ110に伝達することが可能となる。
As described above, in the case of the
なお、ラッチ解除信号Sdにパルスが立ち上げられてから、異常パルス信号Sbのパルス生成動作が再開されるまでには、クロック信号Sxとラッチ解除信号Sdの発生タイミングに依存した遅延時間T3が生じる。例えば、図6で示したように、クロック信号Sxのパルスが立ち上がるタイミングで異常パルス信号Sbのパルスが発生される場合、クロック信号Sxのパルスが立ち上がった直後にラッチ解除信号Sdのパルスが立ち上げられると遅延時間T3は長くなり、クロック信号Sxのパルスが立ち上がる直前にラッチ解除信号Sdのパルスが立ち上げられると遅延時間T3は短くなる。逆に、クロック信号Sxのパルスが立ち下がるタイミングで異常パルス信号Sbのパルスが発生される場合には、クロック信号Sxのパルスが立ち下がった直後にラッチ解除信号Sdのパルスが立ち上げられると遅延時間T3は長くなり、クロック信号Sxのパルスが立ち下がる直前にラッチ解除信号Sdのパルスが立ち上げられると遅延時間T3は短くなる。 Note that there is a delay time T3 depending on the generation timing of the clock signal Sx and the latch release signal Sd after the pulse is raised to the latch release signal Sd and before the pulse generation operation of the abnormal pulse signal Sb is restarted. . For example, as shown in FIG. 6, when the pulse of the abnormal pulse signal Sb is generated at the timing when the pulse of the clock signal Sx rises, the pulse of the latch release signal Sd rises immediately after the pulse of the clock signal Sx rises. When the pulse of the latch release signal Sd rises immediately before the rise of the clock signal Sx, the delay time T3 becomes short. On the contrary, when the pulse of the abnormal pulse signal Sb is generated at the timing when the pulse of the clock signal Sx falls, a delay occurs when the pulse of the latch release signal Sd rises immediately after the pulse of the clock signal Sx falls. The time T3 becomes longer, and the delay time T3 becomes shorter if the pulse of the latch release signal Sd rises immediately before the pulse of the clock signal Sx falls.
図7は、本発明に係る信号伝達装置の第2実施形態を示すブロック図である。第2実施形態の信号伝達装置100は、先出の第1実施形態とほぼ同様の構成であり、ドライバチップ120にタイマ部126を追加した点に特徴を有している。そこで、第1実施形態と同様の構成部分については、図5と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment of the signal transmission device according to the present invention. The
タイマ部126は、ラッチ部125で異常検出信号Saがラッチされてから所定のラッチ期間T4が経過した後にラッチ解除信号Sdのパルス生成を行う。具体的に述べると、タイマ部126は、異常検出信号Saがローレベル(正常時の論理レベル)からハイレベル(異常時の論理レベル)に立ち上げられたとき、その立上がりエッジをトリガとしてラッチ期間T4のカウントを開始し、このラッチ期間T4のカウントが完了した時点(クロック信号Sxのパルス数が所定値nに達した時点)でラッチ解除信号Sdにワンショットパルスを生成する(図8Aを参照)。
The
このように、第2実施形態の信号伝達装置100であれば、第1実施形態と異なり、外部からラッチ解除信号Sdの入力を受けずに済む。従って、第2実施形態の信号伝達装置100であれば、ラッチ解除信号Sdの入力を受け付ける外部端子や、コントローラチップ110とドライバチップ120との間でラッチ解除信号Sdの伝達を行う絶縁素子132を省略して、規模の縮小やコストダウンを実現することが可能となる。
Thus, unlike the first embodiment, the
また、タイマ部126は、クロック信号発振部123で生成されるクロック信号Sxの供給を受けて、このクロック信号Sxのパルス数をカウントすることにより、ラッチ期間T4のカウントを行う構成とされている。このような構成であれば、パルス周期T1及び異常判定期間T2とラッチ期間T4との調整を容易にかつ確実に行うことが可能となる。
The
なお、上記のラッチ期間T4は、クロック信号Sxと異常検出信号Saの発生タイミングに依存して変動する。例えば、図8Aで示したように、異常検出信号Saがローレベル(正常時の論理レベル)からハイレベル(異常時の論理レベル)に立ち上げられたときにクロック信号Sxのパルスカウントを開始する場合、クロック信号Sxのパルスが立ち上がった直後に異常検出信号Saがハイレベルに立ち上げられるとラッチ期間T4は長くなり、クロック信号Sxのパルスが立ち上がる直前に異常検出信号Saがハイレベルに立ち上げられるとラッチ期間T4は短くなる。逆に、図8Bで示したように、異常検出信号Saがハイレベル(異常時の論理レベル)からローレベル(正常時の論理レベル)に立ち下げられたときにクロック信号Sxのパルスカウントを開始する場合、クロック信号Sxのパルスが立ち上がった直後に異常検出信号Saがローレベルに立ち下げられるとラッチ期間T4は長くなり、クロック信号Sxのパルスが立ち上がる直前に異常検出信号Saがローレベルに立ち下げられるとラッチ期間T4は短くなる。 The latch period T4 varies depending on the generation timing of the clock signal Sx and the abnormality detection signal Sa. For example, as shown in FIG. 8A, the pulse count of the clock signal Sx is started when the abnormality detection signal Sa rises from a low level (normal logic level) to a high level (abnormal logic level). In this case, if the abnormality detection signal Sa rises to a high level immediately after the pulse of the clock signal Sx rises, the latch period T4 becomes long, and the abnormality detection signal Sa rises to a high level immediately before the pulse of the clock signal Sx rises. When this is done, the latch period T4 becomes shorter. Conversely, as shown in FIG. 8B, the pulse count of the clock signal Sx is started when the abnormality detection signal Sa falls from the high level (logical level at the time of abnormality) to the low level (logical level at the time of normality). When the abnormality detection signal Sa falls to the low level immediately after the pulse of the clock signal Sx rises, the latch period T4 becomes longer, and the abnormality detection signal Sa rises to the low level just before the pulse of the clock signal Sx rises. When lowered, the latch period T4 becomes shorter.
一方、図8Aで示した第1動作例(異常検出信号Saの立上がりエッジでラッチ期間T4のカウントを開始する構成)と、図8Bで示した第2動作例(異常検出信号Saの立下がりエッジでラッチ期間T4のカウントを開始する構成)のいずれにおいても、ラッチ解除信号Sdのパルスとクロック信号Sxのパルスは同時に立ち上がるので、図6で示した遅延時間T3はゼロとなる。 On the other hand, the first operation example shown in FIG. 8A (configuration in which counting of the latch period T4 is started at the rising edge of the abnormality detection signal Sa) and the second operation example (falling edge of the abnormality detection signal Sa) shown in FIG. 8B. In any of the configurations in which the counting of the latch period T4 is started), the pulse of the latch release signal Sd and the pulse of the clock signal Sx rise simultaneously, so the delay time T3 shown in FIG. 6 becomes zero.
なお、上記の実施形態では、本発明に係る信号伝達装置を用いたモータ駆動装置を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、トランスを用いた信号伝達装置全般(例えばトランスカプラ)に適用することが可能である。 In the above embodiment, the motor drive device using the signal transmission device according to the present invention has been described as an example. However, the application target of the present invention is not limited to this, and a transformer is used. The present invention can be applied to all signal transmission apparatuses (for example, transformer couplers).
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 The configuration of the present invention can be variously modified within the scope of the present invention in addition to the above embodiment. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.
本発明は、例えば、高電圧を用いるハイブリッド自動車、電気自動車、エアコン等の家電製品、及び、産業機械などに広く搭載されるモータ駆動IC(ゲートドライバIC)の信頼性を高める上で好適に利用可能な技術である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitably used to increase the reliability of motor drive ICs (gate driver ICs) widely mounted on home appliances such as hybrid vehicles, electric vehicles, and air conditioners that use high voltage, and industrial machines, for example. It is a possible technology.
1 スイッチ制御装置
2 エンジンコントロールユニット(ECU)
10 第1半導体チップ(コントローラチップ)
11 第1送信部
12 第2送信部
13 第1受信部
14 第2受信部
15 ロジック部(トランス駆動信号生成部)
16 第1低電圧ロックアウト部(第1UVLO部)
17 外部エラー検出部(コンパレータ)
20 第2半導体チップ(ドライバチップ)
21 第3受信部
22 第4受信部
23 第3送信部
24 第4送信部
25 ロジック部
26 ドライバ部
27 第2低電圧ロックアウト部(第2UVLO部)
28 過電流検出部(コンパレータ)
29 OCPタイマ
30 第3半導体チップ(トランスチップ)
31 第1トランス
32 第2トランス
33 第3トランス
34 第4トランス
40 第1アイランド(低圧側アイランド)
50 第2アイランド(高圧側アイランド)
100 信号伝達装置
110 コントローラチップ(第1回路)
111 異常判定部
112 異常信号出力部
120 ドライバチップ(第2回路)
121 出力部
122 異常検出部
123 クロック信号発振部
124 異常パルス信号生成部
125 ラッチ部
126 タイマ部
130 トランスチップ(第3回路)
131、132 絶縁素子(トランス)
FF SRフリップフロップ
SWH ハイサイドスイッチ(IGBT、SiC−MOS)
SWL ローサイドスイッチ(IGBT、SiC−MOS)
Na、Nb、N1〜N3 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
P1、P2 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
E1、E2 直流電圧源
Q1 npn型バイポーラトランジスタ
Q2 pnp型バイポーラトランジスタ
C1〜C3 キャパシタ
R1〜R8 抵抗
D1 ダイオード
1
10 First semiconductor chip (controller chip)
DESCRIPTION OF
16 1st low voltage lockout part (1st UVLO part)
17 External error detector (comparator)
20 Second semiconductor chip (driver chip)
21
28 Overcurrent detector (comparator)
29
31
50 2nd island (high-pressure side island)
100
111
121
131, 132 Insulating element (transformer)
FF SR flip-flop SWH High side switch (IGBT, SiC-MOS)
SWL Low-side switch (IGBT, SiC-MOS)
Na, Nb, N1 to N3 N channel type MOS field effect transistor P1, P2 P channel type MOS field effect transistor E1, E2 DC voltage source Q1 npn type bipolar transistor Q2 pnp type bipolar transistor C1 to C3 capacitor R1 to R8 resistor D1 diode
Claims (13)
前記第1回路は、前記第2回路から前記絶縁素子を介して伝達される異常パルス信号を監視し、所定の異常判定期間にわたって前記異常パルス信号のパルスを検出することができなければ前記第2回路に異常が生じていると判定する異常判定部を含み、
前記第2回路は、前記第2回路で異常が検出されてから少なくとも前記異常判定期間に亘って前記異常パルス信号のパルス生成動作を停止させることにより前記異常パルス信号を異常状態に保持することを特徴とする信号伝達装置。 A signal transmission device that performs signal transmission while insulating between the first circuit and the second circuit via an insulating element,
The first circuit monitors the abnormal pulse signal transmitted from the second circuit via the insulating element, and if the pulse of the abnormal pulse signal cannot be detected over a predetermined abnormality determination period, the second circuit Including an abnormality determination unit that determines that an abnormality has occurred in the circuit;
The second circuit holds the abnormal pulse signal in an abnormal state by stopping the pulse generation operation of the abnormal pulse signal for at least the abnormality determination period after the abnormality is detected in the second circuit. A characteristic signal transmission device.
異常検出信号を生成する異常検出部と、
前記異常検出信号をラッチして異常検出ラッチ信号を生成するラッチ部と、
前記異常検出ラッチ信号に基づいて前記異常パルス信号のパルス生成動作が許可/禁止される異常パルス信号生成部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の信号伝達装置。 The second circuit includes:
An anomaly detector that generates an anomaly detection signal;
A latch unit that latches the abnormality detection signal and generates an abnormality detection latch signal;
An abnormal pulse signal generation unit in which a pulse generation operation of the abnormal pulse signal is permitted / prohibited based on the abnormality detection latch signal;
The signal transmission device according to claim 1, comprising:
前記信号伝達装置から出力される前記スイッチ制御信号に応じてモータ駆動電流の供給制御を行うスイッチ素子と、
を有することを特徴とするモータ駆動装置。 The signal transmission device according to any one of claims 1 to 12, wherein the switch control signal is transmitted while insulating between the input and output;
A switch element that performs supply control of a motor drive current in accordance with the switch control signal output from the signal transmission device;
A motor drive device comprising:
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