JP6024825B2 - 信号伝達回路 - Google Patents

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Description

本発明は、動作基準電圧を異にするハイサイド回路とローサイド回路との間で複数の信号をレベルシフトして確実に伝達し得る簡易な構成の信号伝達回路に関する。
交流負荷を駆動する電力変換器として、トーテムポール接続されてハーフブリッジ回路を形成し、交互にオン・オフ動作して直流電圧をスイッチングする2つのパワー半導体素子Q1,Q2を備えた電力変換器が知られている。この種の電力変換器の駆動回路には、例えば上アーム側のパワー半導体素子Q1をスイッチング駆動するハイサイドドライバ(ハイサイド回路)と下アーム側のパワー半導体素子Q2をスイッチング駆動するローサイドドライバ(ローサイド回路)とを備えた高電圧集積回路(HVIC)が用いられる。
ちなみに前記ハイサイド回路は、前記ハーフブリッジ回路の中点電圧(第1の電圧)VSを基準電位とし、所定の電源電圧VB(>VS)を受けて動作するように構成される。また前記ローサイド回路は、前記中点電圧(第1の電圧)VSよりも低い前記ハーフブリッジ回路の接地電圧(第2の電圧)GNDを基準電圧とし、所定の電源電圧VCC(>GND)を受けて動作するように構成される。
ところで前記ハイサイド回路および前記ローサイド回路には、前記パワー半導体素子Q1,Q2の過電流や過熱等の異常を検出して該パワー半導体素子Q1,Q2を保護する保護回路や、異常検出信号を前記ハイサイド回路および前記ローサイド回路の制御回路部に通知する信号出力回路が設けられる。しかしながら前記ハイサイド回路は、前述したように前記ハーフブリッジ回路の中点電圧VSを基準電位として動作するように構成されている。また前記ローサイド回路は、接地電圧GNDを基準電位として動作するように構成されている。これ故、前記ローサイド回路に前記ハイサイド回路にて検出された異常検出信号等を伝達するには、該異常検出信号をレベルダウンすることが必要である。また逆に前記ローサイド回路から前記ハイサイド回路に信号伝達する場合には、例えば制御信号等をレベルアップすることが必要である。
例えば特許文献1,2には、ローサイド回路に入力された信号をレベルアップしてハイサイド回路に信号伝達するレベルシフト回路が紹介される。これらの各レベルシフト回路は、図27および図28にそれぞれ示すように抵抗R1,R2をそれぞれ直列に接続して前記ローサイド回路に並列に設けられたn型MOS-FETからなる半導体スイッチ素子MN1,MN2からなる2系統の回路を備える。そしてローサイド回路からハイサイド回路に向けて、伝達すべき信号に応じたオン信号を一方の半導体スイッチ素子MN1を介して伝達すると共に、他方の半導体スイッチ素子MN2を介してオフ信号を伝達し、これらの信号を用いて前記ハイサイド回路に設けられたラッチ回路をセット・リセットするように構成される。
ここでハイサイド回路からローサイド回路に向けて信号伝達する場合には、ハイサイド回路に並列に設けられたp型MOS-FETからなる半導体スイッチ素子をそれぞれオン・オフしてオン信号およびオフ信号を伝達する。そして上記オン信号およびオフ信号にて前記ローサイド回路に設けたラッチ回路をセット・リセットするように構成される。尚、特許文献1は、図27に示すようにRSフリップフロップをラッチ回路として用いたのものである。また特許文献2は、図28に示すようにp型MOS-FETとn型MOS-FETとを直列に接続して構成されたレベルトリガタイプのラッチ回路を用いたものである。
特開平9−200017号公報 特開2011−44770号公報
ところで特許文献1,2に紹介される構成のレベルシフト回路を用いる場合、例えば複数種の信号を伝達する為には、その信号数に応じた数のレベルシフト回路が必要となり、回路規模が増大する不具合がある。しかも前記中点電圧VSを基準電位として動作する前記ハイサイド回路は、通常、フローティング動作する。この為、前記ハイサイド回路と前記ローサイド回路との間で信号伝達する場合、前記ハイサイド回路の電源電圧変動(dV/dt)に起因して前記半導体スイッチ素子の寄生容量の充放電を伴う電位変動が発生し易い。すると前記レベルシフト回路が誤動作して、前記ハイサイド回路と前記ローサイド回路との間で伝達される信号にノイズが重畳する虞がある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ハイサイド回路とローサイド回路との間でレベルシフトして伝達する信号数の増加に伴う回路規模の増大を防ぐと共に、電源電圧の変動等に起因するノイズの影響を受けることなく前記ハイサイド回路と前記ローサイド回路との間で信号をレベルシフトして確実に伝達することのできる簡易な構成の信号伝達回路を提供することにある。
上述した目的を達成するべく本発明は、互いに異なる電圧を基準電位としてそれぞれ動作する第1および第2の回路、具体的にはハイサイド回路とローサイド回路との間で、複数の信号をレベルシフトして伝達する信号伝達回路であって、
信号送信側の第1の回路は、前記複数の信号に応じて択一的にオン・オフ駆動されて該第1の回路の基準電位または電源電圧を信号受信側の前記第2の回路に伝達する第1および第2の半導体スイッチ素子を備え、
信号受信側の前記第2の回路は、前記第1の回路から前記第1および第2の半導体スイッチ素子を介して伝達された電圧に重畳した同相ノイズを除去する同相ノイズフィルタを含み、前記第1および第2の半導体スイッチ素子を介して伝達された電圧に応じた第1および第2のパルス信号を生成する電圧変換回路と、
この電圧変換回路が生成した前記第1および第2のパルス信号をクロックとして該第1および第2のパルス信号をそれぞれラッチするラッチ回路と、
このラッチ回路にラッチされた前記第1および第2のパルス信号を解析して前記複数の信号の種別を判定し、判定した信号の種別に応じた出力信号を生成する信号出力回路とを具備したことを特徴としている。
ちなみに前記第1および第2の半導体スイッチ素子の択一的なオン・オフ駆動は、信号の種別に応じて複数回に亘って実行される。好ましくは前記ラッチ回路は、例えばカスケード接続された複数段のD型フリップフロップからなるシフトレジスタである。そしてこのシフトレジスタは、複数回に亘って伝達された第1および第2のパルス信号を順次記憶する。
また前記同相ノイズフィルタは、例えば前記第1および第2の半導体スイッチ素子を介して伝達された電圧が同時に変化したとき、前記電圧変換回路による前記第1および第2のパルス信号の生成を禁止する論理回路として実現される。ちなみに前記第1および第2の半導体スイッチ素子は、例えば複数の信号の優先度に応じて生成されたパルス信号を受けて択一的にオン・オフ駆動される高耐圧の半導体素子である。
ここで前記第1および第2の回路は、例えば直列に接続されてハーフブリッジ回路を形成し、交互にオン・オフ駆動されて該ハーフブリッジ回路の中点から負荷に電力を供給する第1および第2のパワー半導体、具体的には負荷に電力を供給する高耐圧のMOS-FETまたはIGBTを駆動する為の回路からなる。
好ましくは前記第1の回路は、前記ハーフブリッジ回路の中点電圧を基準電位として動作するハイサイド回路であって、前記第2の回路は、接地電圧を基準電位として動作するローサイド回路である。そして前記ハイサイド回路から前記ローサイド回路に伝達される複数の信号は、前記ハイサイド回路によりスイッチング駆動される第1のパワー半導体の動作異常の種別を示す信号である。
或いは前記第1の回路は、接地電圧を基準電位として動作するローサイド回路であって、前記第2の回路は、前記ハーフブリッジ回路の中点電圧を基準電位として動作するハイサイド回路である。そして前記ローサイド回路から前記ハイサイド回路に伝達される複数の信号は、前記ハイサイド回路における前記第1のパワー半導体の駆動を制御する信号である。
本発明によれば、基準電位を異にする前記第1の回路と前記第2の回路との間で複数の信号をレベルシフトして伝送するに際し、信号送信側の第1の回路は、複数の信号に応じて択一的にオン・オフ駆動される第1および第2の半導体スイッチ素子を介して該第1の回路の基準電位または電源電圧を前記第2の回路に伝達するだけである。
そして前記第2の回路においては、第1および第2の半導体スイッチ素子を介して伝達された信号に含まれるノイズを除去した後、前記第1および第2の半導体スイッチ素子を介して伝達された電圧に応じた第1および第2のパルス信号を生成する。その上で前記第1および第2のパルス信号をクロックとして該第1および第2のパルス信号をそれぞれラッチし、ラッチした前記第1および第2のパルス信号を解析して前記複数の信号の種別を判定する。従って前記第1の回路から伝達された信号を容易に、且つ正確に復元することができる。
しかもラッチ回路としてn段のシフトレジスタを採用し、前記第1および第2の半導体スイッチ素子をn回に亘って択一的にオン・オフ駆動するだけで2からなる複数の信号を伝達することができ、従来のように伝送すべき信号の数に応じたレベルシフト回路を準備する必要がない。従って伝送すべき信号の数の増加に伴って回路構成規模が増大することがない等の利点がある。
更には前記第1および第2の半導体スイッチ素子を択一的にオン・オフ駆動して信号伝達を行うので、前記第1の回路の電源電圧変動に起因するノイズを同相ノイズフィルタを用いるだけで簡易に除去することができる。従って簡易な構成にて信頼性の高い信号伝達を行い得る等の効果が奏せられる。
本発明に係る信号伝達回路を備えて構成される電力変換器の要部概略構成図。 本発明の第1の実施形態に係る信号伝達回路の要部概略構成図。 アービタ回路の処理機能を示す図。 アービタ回路の出力に応じてパルス生成回路により生成されるパルス信号の例を示す図。 図2に示す信号伝達回路の具体的な構成例を示す図。 図2に示す信号伝達回路の変形例を示す図。 に示す信号伝達回路における信号伝達の形態を示す図。 本発明の第2の実施形態に係る信号伝達回路の要部概略構成図。 ハイサイド回路からローサイド回路に伝達した信号に対する各部の信号状態を示す図。 ローサイド回路からハイサイド回路に伝達した信号に対する各部の信号状態を示す図。 本発明の第3の実施形態に係るパルス生成回路により生成されるパルス信号の例を示す図。 本発明の第3の実施形態における信号伝達の形態を示すタイミング図。 本発明の第3の実施形態における電圧変換回路の構成例を示す図。 本発明の第3の実施形態における電圧変換回路の変形例を示す図。 本発明の第3の実施形態におけるラッチ回路の構成例を示す図。 本発明の第3の実施形態における信号解析回路の構成例を示す図。 本発明の第3の実施形態におけるアラーム出力回路の構成例を示す図。 図17に示すアラーム出力回路の動作を示すタイミング図。 本発明の第4の実施形態に係る信号伝達の概念を示す図。 本発明の第4の実施形態における信号伝達回路の要部概略構成図。 図20に示す信号伝達回路による信号伝達の形態を示すタイミング図。 本発明の第5の実施形態に係る信号伝達の概念を示す図。 本発明の第5の実施形態に係る信号伝達回路の要部概略構成図。 本発明の第5の実施形態におけるタイマー回路の構成例を示す図。 本発明の第5の実施形態におけるデコーダの構成例を示す図。 図25に示す信号伝達回路による信号伝達の形態を示すタイミング図。 レベルシフト回路を備えた従来の電力変換器の構成例を示す図。 レベルシフト回路を備えた従来の電力変換器の別の構成例を示す図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る信号伝達回路について説明する。
(第1の実施形態)
図1は本発明に係る信号伝達回路を備えて構成される電力変換器の要部概略構成図である。図1においてUD1,LD1はトーテムポール接続されてハーフブリッジ回路を形成し、交互にオン・オフ動作して直流電圧HVをスイッチングして負荷に電力を供給する、例えばIGBTからなるスイッチング素子である。
前記上アーム側のスイッチング素子UD1は、例えば高電圧集積回路HVICに集積一体化されているハイサイド回路10に設けられたハイサイドドライバHDによりオン・オフ駆動される。また下アーム側のスイッチング素子LD1は、前記高電圧集積回路HVICに集積一体化されているローサイド回路20に設けられたローサイドドライバLDによりオン・オフ駆動される。
尚、前記高電圧集積回路HVICは、例えばマイクロコンピュータ等の制御装置CONTから動作制御信号を入力し、前記ハイサイドドライバHDおよびローサイドドライバLDの動作を制御して前記スイッチング素子UD1,LD1を交互にスイッチング駆動するように構成される。また前記高電圧集積回路HVICは、前記スイッチング素子UD1,LD1の各動作状態を監視し、その動作情報等を前記制御装置CONTに通知するように構成される。
ちなみに前記ハイサイドドライバHDを含む前記ハイサイド回路10は、第1の電位として前記ハーフブリッジ回路の中点電圧VSを基準電位とし、所定の電源電圧VB(>VS)を受けて動作するように構成される。また前記ローサイドドライバLDを含む前記ローサイド回路20は、前記第1の電位よりも低い第2の電位として前記ハーフブリッジ回路の接地電圧GNDを基準電位とし、所定の電源電圧VCC(>GND)を受けて動作するように構成される。従って基準電位を異にする前記ハイサイド回路10および前記ローサイド回路20には、これらの間で各種信号をレベルシフトして伝達する為の信号送信部TXと信号受信部RXとからなる信号伝達回路が設けられる。
ここで前記ハイサイドドライバHDおよび前記ローサイドドライバLDは、前記制御装置CONTから入力された動作制御信号に従って前記スイッチング素子UD1,LD1をそれぞれオン・オフ駆動する役割を担う。また前記ハイサイド回路10および前記ローサイド回路20は、例えば前記スイッチング素子UD1,LD1にそれぞれ流れる電流、およびその動作温度等を監視する機能を備える。ちなみに前記電流の検出は、例えば前記各スイッチング素子UD1,LD1に設けられた電流検出用エミッタを介して行われる。また前記温度の検出は、例えば前記各スイッチング素子UD1,LD1に一体に組み込まれた温度検出用ダイオードを介して行われる。
そして前記ハイサイド回路10および前記ローサイド回路20は、過電流や過熱等の異常を検出したとき、前記各スイッチング素子UD1,LD1の駆動を停止することで該スイッチング素子UD1,LD1を保護すると共に、その異常検出信号を前記制御装置CONTに通知する機能を備える。特に前記ハイサイド回路10は、前記異常検出信号をレベルダウンして前記ローサイド回路20に伝達し、該ローサイド回路20から前記制御装置CONTに対して前記異常検出信号を通知する。
図2は本発明の第1の実施形態に係る信号伝達回路1の要部概略構成図であり、10は前述したHVICに設けられるハイサイド回路であり、20はローサイド回路である。この図2に示す信号伝達回路1は、前記ハイサイド回路10において検出される複数種の異常検出信号OHE,OCE,UVEをレベルダウンして前記ローサイド回路20に伝達する役割を担う。前記異常検出信号OHEは、過熱検出部11により検出された過熱を示す信号、前記異常検出信号OCEは、過電流検出部12により検出された過電流を示す信号、そして前記異常検出信号UVEは、電圧低下検出部13により検出された電圧の異常低下を示す信号である。
前記信号伝達回路1は、前記各検出部11,12,13から入力される複数種の異常検出入力OHIN,OCIN,UVINを、その優先度に応じて出力するアービタ回路14を備える。このアービタ回路14は、基本的には先着優先で前記異常検出入力OHIN,OCIN,UVINに応じて異常検出信号OHE,OCE,UVEを出力する。しかし前記複数種の異常検出入力OHIN,OCIN,UVINが同時に発生した場合、前記アービタ回路14は、例えば図3に示すように[OHIN>UVIN>OCIN]なる優先順位で前記異常検出信号OHE,UVE,OCEを出力する。
また前記信号伝達回路1は、前記アービタ回路14から出力される前記異常検出信号OHE,OCE,UVEに応じてパルス信号を生成するパルス生成回路15を備える。更に前記信号伝達回路1は、前記異常検出信号OHE,OCE,UVEを前記ローサイド回路20に伝達する為の2つの半導体スイッチ素子16,17を並列に備える。これらの半導体スイッチ素子16,17は、例えば高耐圧のp型MOS-FET;PM1,PM2からなる。これらの半導体スイッチ素子16,17を構成する前記p型MOS-FET;PM1,PM2は、それぞれそのソースを前記電源電圧VBに接続し、ドレインを前記ローサイド回路20の後述する電圧変換回路に接続したものである。
前記パルス生成回路15は、前記各半導体スイッチ素子16,17が同時にオンすることのないタイミングで、前記各異常検出信号OHE,OCE,UVEに応じた複数のパルス信号を生成し、該パルス信号を前記半導体スイッチ素子16,17の各ゲートに印加する。前記半導体スイッチ素子16,17は、前記パルス信号がゲートに印加されたときにオン動作して前記電源電圧VBを前記ローサイド回路20に伝達する。
具体的には前記パルス生成回路15は、例えば図4(a)に示すように、後述するラッチ回路22の出力ERD1,ERD2を得るために過熱を示す前記異常検出信号OHEの出力時には所定の周期で前記半導体スイッチ素子16をオフすると共に前記半導体スイッチ素子17をオンするパルス信号[01]を2タイミングに亘って出力する。また前記パルス生成回路15は、過電流を示す前記異常検出信号OCEの出力時には、前記半導体スイッチ素子16をオフすると共に前記半導体スイッチ素子17をオンするパルス信号[01]を出力した後、前記半導体スイッチ素子16をオンすると共に前記半導体スイッチ素子17をオフするパルス信号[10]を出力する。
そして電圧低下を示す前記異常検出信号UVEの出力時には前記パルス生成回路15は、前記半導体スイッチ素子16をオンすると共に前記半導体スイッチ素子17をオフするパルス信号[10]を出力した後、前記半導体スイッチ素子16をオフすると共に前記半導体スイッチ素子17をオンするパルス信号[01]を出力する。更に別の異常検出信号を出力する場合には、前記パルス生成回路15は前記半導体スイッチ素子16をオンすると共に前記半導体スイッチ素子17をオフするパルス信号[10]を2タイミングに亘って出力する。
換言すれば前記アービタ回路14は、過熱異常、過電流異常、および電圧低下異常の発生状況に応じて異常検出信号OHE,OCE,UVEを生成する。そして前記パルス生成回路15は前記アービタ回路14の管理の下で、例えば図5に示すように前記異常検出信号OHE,OCE,UVEに応じて前記半導体スイッチ素子16,17をそれぞれオン・オフ駆動するパルス信号を上述したように生成する。即ち、前記パルス生成回路15は異常の種別に応じて前記半導体スイッチ素子16,17の択一的なオン・オフによって示される2ビットの情報[01],[10]を2タイミングに亘って出力する。この結果、前記半導体スイッチ素子16,17を介して前記パルス生成回路15は異常の種別に応じた2種類、つまり4種類の情報が出力される。
尚、更に多くの種類の信号を識別可能に伝達する場合には、例えば図4(b)に示すように前記半導体スイッチ素子16,17の択一的なオン・オフによって示される2ビットの情報を3タイミングに亘って出力するように設定すれば良い。このようにすれば前記半導体スイッチ素子16,17を介して前記パルス生成回路15は異常の種別に応じた2種類、つまり8種類の情報を識別可能に伝達することが可能となる。また上記2ビットの情報をnタイミングに亘って出力すれば2種類の情報を伝達することが可能となる。
一方、前記ローサイド回路20は、前記半導体スイッチ素子16,17を介して伝達される上述したパルス信号を電圧変換して取り込んで、該ローサイド回路20の基準電位である接地電圧GNDを基準とするパルス信号を生成する電圧変換回路21を備える。この電圧変換回路21は、例えば図5に示すように電圧変換部21aと同相ノイズフィルタ21bを備えて構成され、前記ハイサイド回路10から伝達されたパルス信号を復元するパルス生成機能を備えたものとして実現される。
具体的には前記電圧変換回路21における前記電圧変換部21aは、例えば図5に示すように前記半導体スイッチ素子16,17の各ドレインに直列接続された抵抗R1,R2と、これらの各抵抗R1,R2にそれぞれ並列接続されて該抵抗R1,R2に生起される電圧をクランプするツェナーダイオードZD1,ZD2からなる。そして前記電圧変換部21aは、前記抵抗R1,R2に生起される電圧として、前記パルス信号を前記接地電圧GNDを基準として復元するように構成される。
尚、前記抵抗R1,R2にはn型MOS-FET;NM11,NM21がそれぞれ並列に接続されている。これらのn型MOS-FET;NM11,NM21は、後述するように前記抵抗R1,R2に生起された電圧をアンド処理するアンド回路ANDの出力をゲートに受けてオン動作する。そして前記n型MOS-FET;NM11,NM21は、オン動作によって前記抵抗R1,R2に生起された電圧を強制的に接地電圧GNDに設定する役割を担う。
換言すれば前記アンド回路ANDは、前記半導体スイッチ素子16,17の出力として前記抵抗R1,R2に加えられる電圧が同時に高くなったとき、これを前記半導体スイッチ素子16,17のオン・オフ動作に関係のない同相ノイズであると判定する。そして前記アンド回路ANDの出力にて前記n型MOS-FET;NM11,NM21をそれぞれオン動作させることで前記抵抗R1,R2に加えられる電圧を接地電圧GNDに低下させ、これによって前記同相ノイズを除去する。
尚、前記電圧変換部21aを、例えば図6に示すように一対のn型MOS-FETからなる第1のカレントミラー回路CM11,CM21、および一対のp型MOS-FETからなる第2のカレントミラー回路CM12,CM22を用いて構成することも可能である。この場合には前記第1のカレントミラー回路CM11,CM21のドレイン・ソース間電圧を前記ツェナーダイオードZD1,ZD2によりそれぞれクランプする。
そして前記第1のカレントミラー回路CM11,CM21の出力にて前記第2のカレントミラー回路CM12,CM22を駆動し、該第2のカレントミラー回路CM12,CM22の出力電流にて前記抵抗R1,R2に電圧を生起する。従ってこのように構成された前記電圧変換部21aにおいても、前記抵抗R1,R2に生起される電圧として、前記半導体スイッチ素子16,17を介して伝達されたパルス信号が、前記接地電圧GNDを基準とするパルス信号として復元される。
一方、前記同相ノイズフィルタ21bは、例えば図5および図6にそれぞれ示すようにp型MOS-FETとn型MOS-FETとにより構成された第1および第2のスイッチ回路SW1,SW2を並列に設けて実現される。前記第1のスイッチ回路SW1は、p型MOS-FET;PM11,PM12とn型MOS-FET;NM31をトーテムポール接続し、該n型MOS-FET;NM31にn型MOS-FET;NM32を並列に接続して構成される。また前記第2のスイッチ回路SW2は、p型MOS-FET;PM21,PM22とn型MOS-FET;NM41をトーテムポール接続し、該n型MOS-FET;NM41にn型MOS-FET;NM42を並列に接続して構成される。
そして前記第1のスイッチ回路SW1における前記p型MOS-FET;PM11および前記n型MOS-FET;NM31は、前記抵抗R1から得られるパルス信号をノット回路NOT1を介してゲートに入力して相補的にオン・オフ動作する。また前記第1のスイッチ回路SW1における前記p型MOS-FET;PM12は前記抵抗R2から得られる信号を入力してオン・オフ動作する。更に前記n型MOS-FET;NM32は、前記アンド回路ANDを介して得られる信号をゲートに入力してオン・オフ動作する。
このように構成された第1のスイッチ回路SW1により、前記抵抗R1に生起された電圧が所定の信号電圧に変換されて出力される。具体的には前記第1のスイッチ回路SW1は、前記抵抗R1に所定の電圧が生起されたときに前記ローサイド回路20の電源電圧VCCを出力し、また前記抵抗R1に電圧が生起されないときには前記接地電圧GNDを出力する。そして前記n型MOS-FET;NM32のオン動作時には、第1のスイッチ回路SW1からの所定電圧の信号の出力が禁止される。
これに対して前記第2のスイッチ回路SW2における前記p型MOS-FET;PM21および前記n型MOS-FET;NM41は、前記抵抗R2から得られるパルス信号をノット回路NOT2を介してゲートに入力して相補的にオン・オフ動作する。また前記p型MOS-FET;PM22は前記抵抗R1から得られる信号を入力してオン・オフ動作する。更に前記n型MOS-FET;NM42は、前記アンド回路ANDを介して得られる信号をゲートに入力してオン・オフ動作する。
このように構成された第2のスイッチ回路SW2もまた前記第1のスイッチ回路SW1と同様に前記抵抗R2に生起された電圧を所定の信号電圧に変換して出力する。具体的には前記第2のスイッチ回路SW2は、前記抵抗R2に所定の電圧が生起されたときに前記ローサイド回路20の電源電圧VCCを出力し、また前記抵抗R2に電圧が生起されないときには前記接地電圧GNDを出力する。そして前記n型MOS-FET;NM41のオン動作時には、第2のスイッチ回路SW2からの所定電圧の信号の出力が禁止される。
即ち、前記アンド回路ANDは、前記電圧変換部21aにて検出されて異常検出信号ER1,ER2の生成に用いられるパルス信号PM1DRN,PM2DRNが同時に反転したとき、これに同期してノイズキャンセル信号を生成する。そしてこの場合には、前記電圧変換部21aに設けられたn型MOS-FET;NM11,NM21をオン動作させると共に、前記第1および第2のスイッチ回路SW1,SW2にそれぞれ設けられたn型MOS-FET;NM32,NM42をオン動作させる。そして前記第1および第2のスイッチ回路SW1,SW2の動作を禁止することで、前記異常検出信号ER1,ER2の出力を禁止する。
従って前記第1および第2のスイッチ回路SW1,SW2からなる同相ノイズフィルタ21bは、前記半導体スイッチ素子16,17を介して同時にパルス信号が伝達されて前記抵抗R1,R2に共に所定の電圧が生起されたとき、これらのパルス信号の出力を禁止する。そして前記同相ノイズフィルタ21bは、前記半導体スイッチ素子16または前記半導体スイッチ素子17の一方だけを介して前記パルス信号が入力されたときにだけ、当該パルス信号を出力する。このようにして同相フィルタリング処理されて前記p型MOS-FET;PM12と前記n型MOS-FET;NM31の接続点、および前記p型MOS-FET;PM22と前記n型MOS-FET;NM41の接続点にそれぞれ得られるパルス信号は、バッファアンプBUF1,BUF2を介して2ビットの異常検出信号ER1,ER2として並列に出力される。
ここで前記ローサイド回路20の構成の説明に戻って、前記ローサイド回路20は図2に示すように前記電圧変換回路21により電圧変換して復元されたパルス信号をラッチするラッチ回路22を備える。また前記ローサイド回路20は、前記ラッチ回路22にラッチされた前記パルス信号を解析して前述した異常検出信号ER1,ER2の種別を判定する信号解析回路23を備える。更に前記ローサイド回路20は、前記信号解析回路23の出力である信号解析結果に応じてアラーム信号ALMを出力するアラーム出力回路24を備える。
具体的には前記ラッチ回路22は、例えば図5および図6にそれぞれに示すように前述したパルス信号からなる前記異常検出信号ER1,ER2をそれぞれラッチする、複数段のフリップフロップFF11,FF12〜FF1nからなるシフトレジスタと、複数段のフリップフロップFF21,FF22〜FF2nからなるシフトレジスタとを並列に備える。ちなみにこれらのフリップフロップFF11〜FF1n,FF21〜FF2nは、例えばD型のフリップフロップからなる。そしてこれらのフリップフロップFF11〜FF1n,FF21〜FF2nは、オア回路ORを介して求められた前記ノイズフィルタ回路の出力である前記異常検出信号ER1,ER2の論理和出力をクロック信号CKとして前記異常検出信号ER1,ER2を順にラッチする。
具体的には前記シフトレジスタを構成する前記1段目のフリップフロップFF11,FF21は、前記オア回路ORにより生成されたクロック信号CKを受けて前記異常検出信号ER1,ER2をそれぞれラッチする。また前記2段目以降のフリップフロップFF12〜FF1n,FF22〜FF2nは、前記クロック信号CKを受けてその前段のフリップフロップFF1(n−1), FF2(n−1)にそれぞれ保持されている異常検出信号をラッチする。
従って前述したn段構成のフリップフロップFF11〜FF1n、FF21〜FF2nには、前記異常検出信号ER1,ER2が変化する都度、該異常検出信号ER1,ER2の変化の状態を示す信号が順にラッチされる。そしてラッチ回路22を構成するn段の前記フリップフロップFF11〜FF1n、FF21〜FF2nにそれぞれ並列にラッチされて保持された[2×n]ビットの信号は、前述した過熱および過電流をそれぞれ示す前記異常検出信号OHR,OCR等としてそれぞれ出力される。尚、前記各フリップフロップFF11〜FF1n、FF21〜FF2nは、前記異常検出信号OHR,OCRの出力後にアラーム出力回路24が生成する後述するクリア信号CLRを受けて一斉にリセットされて初期化される。
一方、上述したように構成された前記ラッチ回路22に保持された前記異常検出信号ER1,ER2を解析する前記信号解析回路23は、前記異常検出信号ER1,ER2の経時的な遷移状態変化から、当該異常検出信号ER1,ER2が示す異常の種別を判定する。即ち、前記信号解析回路23は、前記ラッチ回路22がリセット状態であり、該ラッチ回路22に保持されている信号が[00],[00]であるとき、これを異常なしとして判定する。そして前記ラッチ回路22に保持された信号が[01][01]である場合、これを過熱異常であるとして判定する。
また前記信号解析回路23は、前記ラッチ回路22に保持された信号が[01],[10]であるとき、これを過電流異常であるとして判定する。そして前記ラッチ回路22に保持された信号が[10],[01]であるとき、前記信号解析回路23はこれを低電圧異常であるとして判定する。そして前記異常検出信号ER1,ER2が[10],[10]である場合、例えばこの状態をその他の異常であるとして判定する。
このように構成された信号伝達回路1によれば、図7に前記ハイサイド回路10から前記ローサイド回路20への信号伝達の形態を示すように、前記異常検出信号OHIN,OCIN,UVINに応じて前記半導体スイッチ素子16,17を択一的にオン駆動するパルス信号がPM1ゲート信号およびPM2ゲート信号として生成される。そして前記半導体スイッチ素子16,17のオン動作に伴い、前記ハイサイド回路10に印加されている電源電圧VBが前記半導体スイッチ素子16,17の出力電圧PM1DRN,PM2DRNとして前記ローサイド回路20に伝達される。
この際、前記ハイサイド回路10の電源電圧VBの変動に伴うノイズ、いわゆるdV/dtノイズが前記ローサイド回路20に伝達される前記出力電圧PM1DRN,PM2DRNに重畳することがある。するとこれらのdV/dtノイズは前記ローサイド回路20に伝達される同相ノイズなので、前記同相ノイズフィルタ21bにおける前記n型MOS-FET;NM32,NM42のオン動作により、前記同相ノイズフィルタ21bからの出力が禁止される。
従って前記同相ノイズフィルタ21bの出力ER1,ER2は、図7に示すように前記dV/dtノイズが除去され、前記異常検出信号OHIN,OCIN,UVINに応じたパルス信号の成分だけとなる。そして前記ラッチ回路22は、前記同相ノイズフィルタ21bの出力ER1,ER2をオア回路ORを介して論理和処理することでクロック信号CKを生成し、このクロック信号CKを用いて前記n段構成のフリップフロップFF11〜FF1n、FF21〜FF2nをラッチ駆動する。この結果、例えば1段目のフリップフロップFF11,FF21には前記同相ノイズフィルタ21bの出力ER1,ER2を示すデータがERD1[1],ERD1[2]としてラッチされる。そして次のタイミングには前記データERD1[1],ERD1[2]が2段目のフリップフロップFF12,FF22にシフトされてデータERD2[1],ERD2[2]としてラッチされる。
この結果、前記ラッチ回路22にn段に亘って保持された並列2ビットの信号が、[2×n]ビットの出力信号ERD1[N:1],ERD2[N:1]として前記信号解析回路23に与えられる。そして前記信号解析回路23は、上記[2×n]ビットの出力信号ERD1[N:1],ERD2[N:1]を識別することで該信号が示す異常の種別を判定し、その判定結果に応じて前記アラーム出力回路24を駆動する。ちなみに前記異常の種別は、例えば異常検出エラーERDET、過熱検出OHER、過電流検出OCER、電圧低下検出UVER、信号伝達エラーRXER等からなる。そして前記アラーム出力回路24は、上記異常検出の情報を外部出力した後、前述したリセット信号を生成して前記ラッチ回路22をリセットする。
かくして上述した構成の信号伝達回路1によれば、前記ハイサイド回路10における電源電圧変動(dV/dt)の影響を受けることなく前記ローサイド回路20への信号伝達を確実に行い得る。また前記半導体スイッチ素子16,17を同時にオン駆動することがないので、該2つの半導体スイッチ素子16,17に混入する同相ノイズの影響を簡易に、且つ効果的に除去して、前記各パルス信号をそれぞれ確実に検出することができる。
故に前記ローサイド回路20においては前記半導体スイッチ素子16,17をそれぞれ介して伝達されるパルス信号から前記ハイサイド回路10において発生した異常の種別を正確に判別することが可能となる。特に前記2つの半導体スイッチ素子16,17を用いて、前記ハイサイド回路10において発生する複数種の異常の種別を簡易に、且つ確実に前記ローサイド回路20に伝達することが可能であり、その実用的利点が多大である。
ところで上述した実施形態に示す信号伝達回路は、前記ハイサイド回路10から前記ローサイド回路20に対して信号をレベルダウンして伝達するものである。しかし前記ローサイド回路20から前記ハイサイド回路10に対して信号をレベルアップして伝達する信号伝達回路にも本発明を同様に適用することができる。
(第2の実施形態)
図8は本発明の第2の実施形態に係る信号伝達回路の要部概略構成図で、図1に示したように前記ローサイド回路20に信号送信部TXを設け、前記ハイサイド回路10に信号受信部RXを設けて構成される。この場合、前記信号送信部TXは、前記ハイサイド回路10に伝達する信号の種別に応じて択一的にオン・オフされて該信号を前記ハイサイド回路10に伝達する2つの半導体スイッチ素子28,29を並列に備えて構成される。これらの半導体スイッチ素子28,29は、例えば高耐圧のn型MOS-FET;NM1,NM2からなる。これらの半導体スイッチ素子28,29を構成する前記n型MOS-FET;NM1,NM2は、それぞれそのドレインを前記接地電圧GNDのラインに接続し、ソースを前記ハイサイド回路10に設けられた電圧変換回路に接続したものである。
前記ハイサイド回路10に設けられた電圧変換回路は、前記n型MOS-FET;NM1,NM2のソースと該ハイサイド回路10の電源電圧VBのラインとの間に直列に介装された抵抗R1,R2を備える。また前記電圧変換回路は、前記n型MOS-FET;NM1,NM2のオン動作時に該抵抗R1,R2に生起される電圧を前記ハイサイド回路10の基準電位である前記中点電圧VSにクランプするダイオードD1,D2を備える。
更に前記電圧変換回路は、前記抵抗R1,R2にそれぞれ並列に接続されたp型MOS-FET;PM11,PM21を備える。これらのp型MOS-FET;PM11,PM21は、先の実施形態におけるn型MOS-FET;NM1,NM2に相当したものであり、前記電圧変換回路の出力信号NM1DRN,NM2DRNをアンド処理するオア回路OR1の出力をゲートに受けてオン・オフ動作する。尚、前記オア回路OR1は、負論理として与えられる前記出力信号NM1DRN,NM2DRNをアンド処理するもので、先の実施形態におけるアンド回路ANDに相当する。
そして前記電圧変換回路の出力から同相ノイズを除去する同相ノイズフィルタおよび前記ハイサイド回路10に伝達されたパルス信号ER1,ER2をラッチするラッチ回路は、基本的には先の実施形態と同様に構成される。従ってその詳しい説明については省略する。但し、この実施形態においては前記ハイサイド回路10に伝達されたパルス信号ER1,ER2が負論理として与えられるので、前記第1および第2のスイッチ回路SW1,SW2に設けられて前記パルス信号ER1,ER2の出力を禁止する前記n型MOS-FET;NM32,NM42については、前記オア回路OR1の出力をノット回路NOT3を介して反転した信号を用いてオン・オフする。
かくしてこのように構成された信号伝達回路によれば、前記ハイサイド回路10に伝達する信号に応じて前記n型MOS-FET;NM1,NM2を択一的にオン動作させることで、前記抵抗R1,R2に所定の電圧降下を生起することができる。従って前記抵抗R1,R2に生起された所定の電圧降下を検出することで、前記ローサイド回路20から伝達された信号を復元することができる。更に電圧変動に起因して前記抵抗R1,R2に同時に生じる電圧降下については、前記オア回路OR1によって同相ノイズとして検出することができる。従って先の実施形態と同様にして、前記ローサイド回路20から前記ハイサイド回路10に対して同相ノイズの影響を受けることなしに簡易に、且つ確実に信号伝達を行うことが可能となる。
ちなみに前記ハイサイド回路10から前記ローサイド回路20に向けて信号伝達を行う場合には、レベルダウンされて前記ローサイド回路20に伝達された信号に対する各部の信号状態は図9に示すようになる。従って前記電圧変換部21aの出力PM1DRN,PM2DRNが[11]となったとき、つまり前記ツェナーダイオードZD1,ZD2によってクランプされた所定の電圧となったとき、これを同相ノイズの発生として検出すれば良い。
また逆に前記ローサイド回路20から前記ハイサイド回路10に向けて信号伝達を行う場合には、レベルアップされて前記ハイサイド回路10に伝達された信号に対する各部の信号状態は図10を示すようになる。従って前記電圧変換回路の出力NM1DRN,NM2DRNが[00]となったとき、つまり前記ダイオードD1,D2によってクランプされた前記中間電圧VSとなったとき、これを同相ノイズの発生として検出すれば良い。
以上説明したように本発明に係る信号伝達回路は、第1の回路に設けられた前記第1および第2の半導体スイッチ素子を択一的にオン・オフ駆動することで第2の回路に設けられて前記第1および第2の半導体スイッチ素子にそれぞれ接続された抵抗に所定の電圧を生起し、この電圧を検出することで前記第1の回路から前記第2の回路へと信号をレベルシフトして伝送する。また前記抵抗に同時に電圧が生起された場合には、これを電圧変動等に起因する同相ノイズであると判定し、電圧検出回路の出力を禁止することで同相ノイズを除去する。従って同相ノイズの影響を受けることなく信号をレベルシフトして確実に伝送することができる。
また信号の種別に応じて前記第1および第2の半導体スイッチ素子の択一的なオン・オフ駆動による信号伝送をn回に亘って実行することで、[01]または[10]からなる2ビットの情報をn回に亘って伝送する。この結果、第1の回路と第2の回路との間でレベルシフトして伝送すべき信号の数が増えた場合であっても、従来のようにレベルシフト回路の数を増やすことなく2種類の情報を確実に伝送することができる。換言すれば信号の種別に増大した場合であってもレベルシフト回路の数を増やす必要がなく、信号伝達回路の徒な複雑化や大型化を防ぐことができる等の効果が奏せられる。
(第3の実施形態)
ところで信号の種別に応じて前記パルス生成回路15が生成するパルス信号を次のようにすることも可能である。具体的には前記パルス信号を、例えば図11に示すように過熱を示す前記異常検出信号OHEの出力時には前記半導体スイッチ素子17を第1の周期で連続的にオン・オフする連続パルス信号とする。また過電流を示す前記異常検出信号OCEの出力時には前記半導体スイッチ素子16を第1の周期で連続的にオン・オフする連続パルス信号とする。そして電圧低下を示す前記異常検出信号UVEの出力時には前記2つの半導体スイッチ素子16,17を前記第1の周期よりも長い第2の周期で交互にオン・オフするパルス信号とする。
即ち、前記アービタ回路14は、過熱異常、過電流異常、および電圧低下異常の発生状況に応じて異常検出信号OHE,OCE,UVEを生成する。そして前記パルス生成回路15は、例えば図12に示すように前記アービタ回路14の管理の下で前記異常検出信号OHE,OCE,UVEに応じて前記半導体スイッチ素子16,17をそれぞれオン・オフ駆動するパルス信号を生成する。
具体的には過熱異常だけが発生したときには、図12において区間Aに示すように前記半導体スイッチ素子17だけが第1の周期でオン・オフ駆動される。また電圧低下異常だけ発生した場合には、区間Bに示すように前記半導体スイッチ素子16,17が第2の周期で交互にオン・オフ駆動される。そして前記過熱異常と電圧低下異常とが同時に発生した場合には、区間Cに示すように前記電圧低下異常よりも前記過熱異常が優先して前記半導体スイッチ素子17だけが第1の周期でオン・オフ駆動される。
また過電流異常だけが発生したときには、図12において区間Dに示すように前記半導体スイッチ素子16だけが第1の周期でオン・オフ駆動される。また過電流異常に加えて前記過熱異常が同時に発生した場合には、区間Eに示すように前記半導体スイッチ素子16の駆動に優先して前記半導体スイッチ素子17だけが第1の周期でオン・オフ駆動される。また前記過電流異常と前記電圧低下異常とが同時に発生した場合には、区間Fに示すように前記半導体スイッチ素子16,17が第2の周期で交互にオン・オフ駆動される。そして前記過熱異常、および過電流異常と共に電圧低下異常とが同時に発生した場合には、区間Gに示すように前記過熱異常が優先して前記半導体スイッチ素子17だけが第1の周期でオン・オフ駆動される。
一方、前記ローサイド回路20は、前記半導体スイッチ素子16,17を介して伝達される上述したパルス信号を電圧変換して取り込んで、該ローサイド回路20の基準電位である接地電位GNDを基準とするパルス信号を生成する電圧変換回路21を備える。この電圧変換回路21は、例えば図13に示すように電圧変換部21aと同相ノイズフィルタ21bを備えて構成され、前記パルス信号を復元するパルス生成機能を備えたものとして実現される。
具体的には前記電圧変換回路21における前記電圧変換部21aは、例えば図13に示すように前記半導体スイッチ素子16,17の各ドレインに直列接続された抵抗R1,R2と、これらの各抵抗R1,R2にそれぞれ並列接続されて該抵抗R1,R2に生起される電圧をクランプするツェナーダイオードZD1,ZD2からなる。そして前記電圧変換部21aは、前記抵抗R1,R2に生起される電圧として、前記パルス信号を前記接地電位GNDを基準として復元するように構成される。
尚、前記電圧変換部21aを、例えば図14に示すように一対のnチャネル型MOS-FETからなる第1のカレントミラー回路CM11,CM21、および一対のpチャネル型MOS-FETからなる第2のカレントミラー回路CM12,CM22を用いて構成することも可能である。この場合には前記第1のカレントミラー回路CM11,CM21のドレイン・ソース間電圧を前記ツェナーダイオードZD1,ZD2によりクランプする。
そして前記第1のカレントミラー回路CM11,CM21の出力にて前記第2のカレントミラー回路CM12,CM22を駆動し、該第2のカレントミラー回路CM12,CM22の出力電流にて前記抵抗R1,R2に電圧を生起する。従ってこのように構成された前記電圧変換部21aにおいても、前記抵抗R1,R2に生起される電圧として、前記半導体スイッチ素子16,17を介して伝達されたパルス信号が、前記接地電位GNDを基準とするパルス信号として復元される。
また前記同相ノイズフィルタ21bは、例えば図13および図14にそれぞれ示すようにpチャネル型MOS-FETおよびnチャネル型MOS-FETをそれぞれ2段ずつ、計4段にトーテムポール接続したスイッチ回路SW1,SW2として構成される。第1のスイッチ回路SW1における1段目のpチャネル型MOS-FET;PM11および3段目のnチャネル型MOS-FET;NM11は、前記抵抗R2から得られるパルス信号を各ゲートに入力して相補的にオン・オフ動作する。また2段目のpチャネル型MOS-FET;PM12および4段目のnチャネル型MOS-FET;NM12は、前記抵抗R1から得られ、ノット回路NOT1を介して反転されたパルス信号を各ゲートに入力して相補的にオン・オフ動作する。
従って前記第1のスイッチ回路SW1は、前記半導体スイッチ素子16,17を介して同時にパルス信号が入力されたとき、これらのパルス信号の出力を禁止する。そして前記半導体スイッチ素子16だけを介して前記パルス信号が入力されたとき、当該パルス信号を出力する。このようにして同相フィルタリング処理されて前記pチャネル型MOS-FET;PM12と3段目のnチャネル型MOS-FET;NM11の接続点に得られるパルス信号は、出力アンプAMP1を介して異常検出信号ER1として出力される。
また同様に前記第2のスイッチ回路SW2における1段目のpチャネル型MOS-FET;PM21および3段目のnチャネル型MOS-FET;NM21は、前記抵抗R1から得られるパルス信号を各ゲートに入力して相補的にオン・オフ動作する。また2段目のpチャネル型MOS-FET;PM22および4段目のnチャネル型MOS-FET;NM22は、前記抵抗R2から得られ、ノット回路NOT2を介して反転されたパルス信号を各ゲートに入力して相補的にオン・オフ動作する。
従って前記第2のスイッチ回路SW2は、前記第1のスイッチ回路SW1と同様に前記半導体スイッチ素子16,17を介して同時にパルス信号が入力されたとき、これらのパルス信号の出力を禁止する。そして前記半導体スイッチ素子17だけを介して前記パルス信号が入力されたとき、当該パルス信号を出力する。このようにして同相フィルタリング処理されて前記2段目のpチャネル型MOS-FET;PM22と3段目のnチャネル型MOS-FET;NM21の接続点に得られるパルス信号は、出力アンプAMP2を介して異常検出信号ER2として出力される。
ここで前記ローサイド回路20の構成の説明に戻って、前記ローサイド回路20は図2に示すように前記電圧変換回路21により電圧変換して復元されたパルス信号をラッチするラッチ回路22を備える。また前記ローサイド回路20は、前記ラッチ回路22にラッチされた前記パルス信号を解析して前述した異常検出信号の種別を判定する信号解析回路23を備える。更に前記ローサイド回路20は、前記信号解析回路23の出力である信号解析結果に応じてアラーム信号ALMを出力するアラーム出力回路24を備える。
前記ラッチ回路22は、具体的には、例えば図15に示すように前述したパルス信号からなる前記異常検出信号ER1,ER2をそれぞれラッチする2段構成のラッチLT11,LT12とラッチLT21,LT22とを並列に備える。これらのラッチLT11,LT12,LT21,LT22は、前記異常検出信号ER1,ER2を入力するパルス生成回路PGが生成するクロック信号CLKを受けてラッチ動作する。
ちなみに前記パルス生成回路PGは、前記異常検出信号ER1,ER2をそれぞれ形成するパルス信号の一方が反転したとき、これに同期して前記クロック信号CLKを生成するように構成される。そして前記1段目のラッチLT11,LT21は、前記クロック信号CLKを受けて前記異常検出信号ER1,ER2をそれぞれラッチする。また前記2段目のラッチLT12,LT22は、前記1段目のラッチLT11,LT21に保持されている異常検出信号をそれぞれラッチする。
従って前述した2段構成の前記ラッチLT11,LT12および前記ラッチLT21,LT22には、前記異常検出信号ER1,ER2の変化の状態を示す信号がラッチされる。そして前記ラッチLT11,LT12および前記ラッチLT21,LT22にそれぞれラッチされて保持された計2ビットの信号は、前述した過熱および過電流をそれぞれ示す前記異常検出信号OHR,OCRとしてそれぞれ出力される。尚、前記各ラッチLT11,LT12,LT21,LT22は、後述するクリア信号CLRを受けて一斉にリセットされて初期化される。
このように構成された前記ラッチ回路22に保持された前記異常検出信号ER1,ER2を解析する前記信号解析回路23は、例えば図16に示す論理に従って前記異常検出信号ER1,ER2の経時的な遷移状態変化から、当該異常検出信号ER1,ER2が示す異常の種別を判定する。即ち、前記信号解析回路23は、前記異常検出信号OHR,OCRが[00],[00]であるとき、これを異常なしとして判定する。そして前記異常検出信号OHRが[11]であり、且つ前記異常検出信号OCRが[00]であるとき、これを過熱異常であるとして判定する。
また前記信号解析回路23は、前記異常検出信号OHRが[00]であり、且つ前記異常検出信号OCRが[11]であるとき、これを過電流異常であるとして判定する。そして前記異常検出信号OHRが[01]または[10]であり、且つ前記異常検出信号OCRが[10]または[01]であるとき、これを低電圧異常であるとして判定する。この低電圧異常の判定は、前述したように前記異常検出信号UVEの出力時には前記2つの半導体スイッチ素子16,17が前記過熱および過電流の検出時よりも長い周期で交互にオン・オフされることに基づいている。即ち、この場合には、前記ラッチ回路22に保持される信号が1段目と2段目とで異なり、且つ前記異常検出信号ER1,ER2間において互いに異なることに基づいている。
そして前記異常検出信号OHR,OCRが[10(11)],[11(10)]として、共に同じ値を示すとき、前述したように前記半導体スイッチ素子16,17を同時にオンさせることがない条件で前記パルス信号を生成していることから、この状態を受信異常として判定する。この場合、前記クリア信号CLRを生成して前記ラッチ回路22をリセットする。このようにして前記異常検出信号OHRおよび前記異常検出信号OCRを解析する前記信号解析回路23は、前記異常検出信号OHRおよび前記異常検出信号OCRを入力して、その解析結果である異常の種別を示す信号ERDET,OHER,OCER,UVER,RXERを選択的に出力するメモリとして実現される。
さてこのような解析結果、即ち、前記信号ERDET,OHER,OCER,UVER,RXERを入力する前記アラーム出力回路24は、例えば図17に示すように前記異常検出信号ERDETを入力してセットされるフリップフロップFFを備える。そしてこのフリップフロップFFのセット出力にてnチャネル型MOS-FET;NM31をオン駆動することでアラーム信号ALMを出力するように構成される。
また前記アラーム出力回路24は、前記フリップフロップFFのセット出力を受けて前記信号OHER,OCER,UVER,RXERをそれぞれラッチする4つのラッチLT1,LT2,LT3,LT4を並列に備える。更に前記アラーム出力回路24は、pチャネル型MOS-FET;PM30との間でカレントミラー回路を形成する定電流源としての4つのpチャネル型MOS-FET:PM31,PM32,PM33,PM34を並列に備える。そしてこれらの各pチャネル型MOS-FET;PM31,PM32,PM33,PM34には、スイッチとしての4つのpチャネル型MOS-FET;PM41,PM42,PM43,PM44がそれぞれ直列に接続されている。
これらのpチャネル型MOS-FET;PM41,PM42,PM43,PM44は、前記ラッチLT1,LT2,LT3,LT4の各出力にて選択的にオンされて、前記pチャネル型MOS-FET;PM31,PM32,PM33,PM34からなる定電流源にてコンデンサC1を充電する役割を担う。そして前記コンデンサC1の充電に伴って該コンデンサC1に生じる充電電圧は比較器COMPに与えられ、基準電圧Vrefと比較される。そして前記比較器COMPは、前記コンデンサC1の充電電圧が前記基準電圧Vrefを超えたとき、アラーム信号の出力停止を指令する終了信号TENDを発するものとなっている。
この終了信号TENDにより、遅延回路を介して前記コンデンサC1に並列接続されたnチャネル型MOS-FET;NM32がオン駆動され、前記コンデンサC1に充電された電荷が放電されて該コンデンサC1がリセットされる。また前記終了信号TENDは、前記フリップフロップFFのリセット端子に印加されると共に、該フリップフロップFFのセット端子の前段に設けられたアンドゲート回路に入力される。このアンドゲート回路は、前記フリップフロップFFがリセット状態であり、且つ前記終了信号TENDが出力されていないときにだけ、該フリップフロップFFのセット端子に前記異常検出信号ERDETを印加する役割を担う。
従って前記フリップフロップFFは、図18に示すように前記異常検出信号ERDETが入力されたタイミングでセットされ、これに伴って前記コンデンサC1の充電が開始された後、該コンデンサC1の充電電圧が前記基準電圧Vrefを超えて前記終了信号TENDが出力されたときにリセットされる。この結果、前記フリップフロップFFがセットされている期間tに亘って前記アラーム信号ALMが出力されることになる。
この際、前記pチャネル型MOS-FET;PM31,PM32,PM33,PM34にそれぞれ設定する一定電流値に重み付けをしておけば、前記信号OHER,OCER,UVER,RXERの種別に応じて前記コンデンサC1の充電電流が変化する。この結果、該コンデンサC1の充電電圧が前記基準電圧Vrefに達するまでの期間t、つまり前記終了信号TENDが生成されるタイミングに時間差が生じる。従って前記信号OHER,OCER,UVER,RXERの種別に応じて前記アラーム信号ALMの出力時間を変えることが可能となる。そしてこのアラーム信号ALMの出力時間を弁別することで前記異常検出の種別を判定することが可能となる。

かくしてこのように構成された信号伝達回路1によれば、ハイサイド回路10において発生する複数種(この例では3種)の異常検出信号OHIN,OCIN,UVINに応じて、所定の優先順位で異常の種別を示す信号OHER,OCER,UVERが生成される。そしてこれらの信号OHER,OCER,UVERに応じて、前述した2つの半導体スイッチ素子16,17の一方を連続してオン・オフさせるパルス信号、または前記半導体スイッチ素子16,17を交互にオンさせるパルス信号が生成される。そしてこれらのパルス信号が前記半導体スイッチ素子16,17を介してローサイド回路20に伝達される。
従って前記ハイサイド回路10における電源電圧変動(dV/dt)の影響を受けることなく前記ローサイド回路20への信号伝達を行い得る。また前記半導体スイッチ素子16,17が同時にオン駆動されることがないので、該2つの半導体スイッチ素子16,17に混入する同相ノイズの影響を簡易に、且つ効果的に除去して、前記各パルス信号をそれぞれ確実に検出することができる。
故に前記ローサイド回路20においては前記半導体スイッチ素子16,17をそれぞれ介して伝達されるパルス信号から前記ハイサイド回路10において発生した異常の種別を正確に判別することが可能となる。特に前記2つの半導体スイッチ素子16,17を用いて、前記ハイサイド回路10において発生する3種類の異常の種別を、異常なしの状態を含めて簡易に、且つ確実に前記ローサイド回路20に伝達することが可能であり、その実用的利点が多大である。
尚、3個のスイッチ素子PM1,PM2,PM3を並列に設け、これらのスイッチ素子PM1,PM2,PM3を択一的にオンさせるパルス信号を生成して前記ハイサイド回路10から前記ローサイド回路20への信号伝達を行うように構成することも可能である。この場合、前記ハイサイド回路10に生じた異常の種別に応じて、例えば前記スイッチ素子PM1,PM2,PM3の1つだけを第1の周期でオン・オフするパルス信号と、前記スイッチ素子PM1,PM2,PM3の中の2つを交互にオン・オフする第2の周期のパルス信号を生成するようにすれば良い。このようにすれば異常なしの状態を含めて、6種類の異常の種別を伝達することが可能となる。
(第4の実施形態)
この実施形態は前述したアービタ回路14により信号種別の優先度に応じて求められた異常検出信号OHE,OCE,UVEに応じて、例えば図19に示すようにパルス幅の異なる3種類のパルス信号を生成する。そしてこのパルス信号は、例えば図20に示すように1つの半導体スイッチ素子16だけを介してローサイド回路20に伝達するように構成される。ちなみに前記3種類のパルス信号のパルス幅T1,T2,T3は、例えば図19に示すように[T2=2・T1],[T3=2・T2=4・T1]として設定される。
このような異常信号の種別に応じたパルス幅T1,T2,T3のパルス信号は、例えば所定周波数の基準クロック信号を計数する3ビットのカウンタ18と、該カウンタ18の出力を選択するマルチプレクサ19とを用いて生成される。具体的には前記カウンタ18および前記マルチプレクサ19の各動作を、例えば2ビットのデータ[01],[10],[11]からなる異常信号の種別を示す前記異常検出信号OHE,OCE,UVEに応じて制御することによって生成される。そして前記パルス幅T1,T2,T3のパルス信号を用いて前記半導体スイッチ素子16を連続的にオン・オフ駆動する。
一方、前記ローサイド回路20においては、前記電圧変換部21aを介して電圧変換して得られるパルス信号を用いて、該パルス信号のパルス幅時間に亘ってコンデンサC2を充電する。そしてパルス幅検出回路25においては、前記コンデンサC2の充電電圧を、並列に設けられた3つの比較器CMP1,CMP2,CMP3にて基準電圧Vref1,Vref2,Vref3とそれぞれ比較して前記各パルス幅に相当する出力ALM1,ALM2,ALM3をそれぞれ求める。その上で前記パルス幅検出回路25は、前記各比較器CMP1,CMP2,CMP3の出力ALM1,ALM2,ALM3を、アンドゲート回路AND1,AND2を介してマスキング処理し、前記出力ALM1,ALM2,ALM3の1つを選択的に出力する。
ちなみにこの例では[ALM1<ALM2<ALM3]なる優先順位でアラーム信号を出力するように構成されている。また図20において前記コンデンサC2に並列接続されたnチャネル型MOS-FET;NM31は、ノット回路を介して反転された前記パルス信号によりオン駆動されて、前記コンデンサC2の充電電荷を放電する役割を担う。
かくしてこのように構成された信号伝達回路1によれば、図21にその動作タイミングを示すように、異常検出信号の種別に応じて前記スイッチ素子PM1をオン駆動するパルス信号のパルス幅T1,T2,T3が変更されるので、これに伴って前記コンデンサC2の充電電圧が変化する。そして前記コンデンサC2の充電電圧が前記基準電圧Vref1,Vref2,Vref3を超えた際、前記比較器CMP1,CMP2,CMP3は順次その出力A1,A2,A3を反転させる。
そして前記各比較器CMP1,CMP2,CMP3の出力A1,A2,A3は、前記基準電圧が高く設定されている上位の比較器CMP2,CMP3の出力A2,A3により順にマスキングされる。この結果、前記コンデンサC2がリセットされるタイミングで前記各比較器CMP1,CMP2,CMP3の出力A1,A2,A3を抽出すれば、これによって前記異常の種別に応じた異常検出出力ALM1,ALM2,ALM3を択一的に求めることが可能となる。
従って上述した如く異常の種別に応じたパルス幅T1,T2,T3のパルス信号を前記半導体スイッチ素子16を介して伝達するようにしても、先の実施形態と同様にハイサイド回路10において発生した異常の種別を前記ローサイド回路20に対して簡易に、しかも確実に伝達することができる。しかも1つの半導体スイッチ素子16を用いるだけで、異常の種別を示す信号伝達を確実に行うことができる。但し、この実施形態の場合、前記パルス信号のパルス幅T1,T2,T3の設定条件によっては、その信号伝達から該パルス信号の解析までの時間が掛かることが否めない。従って異常の種別によって定まる緊急度に応じて前記パルス幅T1,T2,T3を最適に設定することが望ましいことは言うまでもない。
(第5の実施形態)
また本発明を次のようにして実施することも可能である。
この第5の実施形態は前述したアービタ回路14により信号種別の優先度に応じて求められた異常検出信号OHE,OCE,UVEに応じて、例えば図22に示すようにパルス数nの異なる3種類のパルス信号列を生成する。そしてこのパルス信号列を、例えば図23に示すように1つの半導体スイッチ素子16を介してローサイド回路20に伝達する。ちなみにパルス数の異なる前記3種類のパルス信号列は、例えば図22に示すように一定の休止期間Tbを挟んで設定される一定の信号出力期間Taに出力するパルス数nを異ならせたものである。
この図22に示す例では前記信号出力期間Taにおけるパルス数nを、前記異常検出信号OHE,OCE,UVEに応じて4パルス、6パルス、8パルスとして設定している。このようなパルス信号列は、例えば図23に示すように基準クロック信号CLKを分周器31にて分周した後、3ビットのカウンタ32にて計数する。そしてこのカウンタ32による計数値と、前記異常検出信号OHE,OCE,UVEを示す2ビットのアラーム情報とを比較器33にて比較し、その比較結果によりアンドゲート回路34を制御して前記基準クロック信号CLKをマスキングすることで生成される。
この結果、前記アンドゲート回路34を介して前記半導体スイッチ素子16に与えられる前記基準クロック信号CLKのパルス数が前記異常検出信号OHE,OCE,UVEの種別に応じて制限される。そして前記半導体スイッチ素子16は、前記カウンタ32の1動作周期(Ta+Tb)において、前記アンドゲート回路34を通過した前記基準クロック信号CLKのパルス数だけオン・オフ駆動される。
またこのようにして前記ハイサイド回路10から伝達されるパルス信号を受信する前記ローサイド回路20においては、次のようにして前記パルス信号のパルス数から前記異常検出信号の種別を解析すれば良い。即ち、前記電圧変換部21aを介して電圧変換して得られるパルス信号を4ビットのカウンタ36にて計数し、その計数値をラッチ回路37にてラッチする。この際、前記カウンタ36による計数動作と、前記ラッチ回路37によるラッチタイミングをタイマー回路38にて制御する。
ちなみに前記タイマー回路38は、例えば図24に示すように前記電圧変換部21aから得られるパルス信号を受けてセットされるフリップフロップ(FF)38aを備える。また前記タイマー回路38は、前記フリップフロップ38aのセット出力を受けて充電されるコンデンサC11の充電電圧を第1の比較器CMP11にて所定の基準電圧Vref11と比較する第1のタイマー38bを備える。そしてこの第1のタイマー38bにより、前記パルス信号の出力期間Taを求めるように構成される。
更に前記タイマー回路38は、前記第1の比較器CMP11の出力にて充電されるコンデンサC12の充電電圧を第2の比較器CMP12にて所定の基準電圧Vref12と比較する第2のタイマー38cを備える。そしてこの第2のタイマー38cにて前記パルス信号の休止期間Tbを求めるように構成される。その上で前記タイマー回路38は、前記第2のタイマー38cである前記第2の比較器CMP12の出力により前記フリップフロップ38aをリセットすることで、前記第1および第2のタイマー38b,38cをそれぞれ初期化するように構成される。
このように構成された前記タイマー回路38によれば、前記電圧変換部21aを介して前記ハイサイド回路10から伝達されたパルス信号を受信した時点で前記フリップフロップ38aがセットされる。従って前記第1のタイマー38bは、前記パルス信号の受信タイミングを起点としてタイマー動作を開始し、前記期間Taが経過した時点で前記カウンタ36によるカウンタ動作を停止させる。従って前記カウンタ36は、前記期間Taの間に受信したパルス信号だけを計数する。換言すれば前記異常検出信号OHE,OCE,UVEの種別に応じて前記ハイサイド回路10から伝達されたパルス信号のパルス数が前記カウンタ36において求められる。
その後、前記第2のタイマー38cによって前記休止期間Tbが経過した時点で前記ラッチ回路37が起動され、前記カウンタ36において求められた前記パルス信号のパルス数がラッチされる。そして前記ラッチ回路37に保持された計数値であるパルス数がデコーダ39に与えられ、当該パルス数に応じたアラーム出力が求められる。ちなみに前記デコーダ39は、例えば図25に示すように前記ラッチ回路37に保持された計数値に応じて、その出力ALM1,ALM2,ALM3を変化させるように構成される。
従って上述した如く構成された信号伝達回路1によれば、図26にその動作タイミングを示すように、異常検出信号の種別に応じて前記半導体スイッチ素子16をオン駆動するパルス信号の一定期間Taにおける出力パルス数nが変更される。故に前記ローサイド回路20においては、前記一定期間Taにおいて検出されるパルス信号のパルス数を前記カウンタ36にて計数し、その計数値を解析することで先の実施形態と同様にハイサイド回路10において発生した異常の種別を判定することが可能となる。
特にこの実施形態に係る信号伝達回路1によれば、一定期間Taにおいて前記半導体スイッチ素子16を介して伝達するパルス信号のパルス数nを前記異常検出信号の種別に応じて変更するだけで良いので、該異常検出信号の種別を前記ローサイド回路20に対して簡易に、しかも確実に伝達することができる。しかも先の実施形態と同様に1つの半導体スイッチ素子16を用いるだけで、異常の種別を示す信号伝達を確実に行うことができる。故に先の各実施形態と同様な効果が奏せられる。
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば[01]または[10]からなる2ビットの情報の伝送回数は、伝送すべき信号の種類の数に応じて決定すれば十分である。また前記電圧検出回路については、前記第1および第2の半導体スイッチ素子の択一的なオン・オフに伴って第2の回路に生起される電圧を検出できるものであれば十分であり、特に前述した実施形態に例示する回路に限定されない。
また、例えば第3の実施形態における信号伝達の制御と、第4または第5の実施形態による信号伝達の制御とを併用して信号伝達を行うことも可能である。具体的には前記2つの半導体スイッチ素子16,17の一方を連続的にオン・オフする連続パルス信号の周期を前記異常検出信号の種別に応じて変え、または前記2つの半導体スイッチ素子16,17を交互にオン・オフするパルス信号の周期を前記異常検出信号の種別に応じて変えるようにしても良い。このようにすれば更に多くの種別の信号を前記ハイサイド回路10から前記ローサイド回路20へと伝達することが可能となる。
更には前述した各実施形態におけるパルス信号の周期等については、前記ハイサイド回路10から前記ローサイド回路20へと伝達する信号の発生頻度や、信号伝達の緊急性等の仕様に応じて設定すれば十分である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
UD1,LD1 高耐圧スイッチング素子
HVIC 高電圧集積回路
HD ハイサイドドライバ
LD ローサイドドライバ
CONT 制御装置
1 信号伝達回路
10 ハイサイド回路
11 過熱検出部
12 過電流検出部
13 電圧低下検出部
14 アービタ回路
15 パルス生成回路
16 半導体スイッチ素子(PM1)
17 半導体スイッチ素子(PM2)
20 ローサイド回路
21 電圧変換回路
21a 電圧変換部
21b 同相ノイズフィルタ
22 ラッチ回路
23 信号解析回路
24 アラーム出力回路
28 半導体スイッチ素子(NM1)
29 半導体スイッチ素子(NM2)

Claims (11)

  1. 互いに異なる電圧を基準電位としてそれぞれ動作する第1および第2の回路の間で、複数の信号をレベルシフトして伝達する信号伝達回路であって、
    信号送信側の第1の回路は、前記複数の信号に応じて択一的にオン・オフ駆動されて該第1の回路の基準電位または電源電圧を信号受信側の前記第2の回路に伝達する第1および第2の半導体スイッチ素子を備え、
    信号受信側の前記第2の回路は、前記第1の回路から前記第1および第2の半導体スイッチ素子を介して伝達された電圧に重畳した同相ノイズを除去する同相ノイズフィルタを含み、前記第1および第2の半導体スイッチ素子を介して伝達された電圧に応じた第1および第2のパルス信号を生成する電圧変換回路と、
    この電圧変換回路が生成した前記第1および第2のパルス信号をクロックとして該第1および第2のパルス信号をそれぞれラッチするラッチ回路と、
    このラッチ回路にラッチされた前記第1および第2のパルス信号を解析して前記複数の信号の種別を判定し、判定した信号の種別に応じた出力信号を生成する信号解析回路とを具備したことを特徴とする信号伝達回路。
  2. 前記第1および第2の半導体スイッチ素子の択一的なオン・オフ駆動は、信号の種別に応じて複数回に亘って実行される請求項1に記載の信号伝達回路。
  3. 前記ラッチ回路は、カスケード接続された複数段のD型フリップフロップからなるシフトレジスタである請求項1に記載の信号伝達回路。
  4. 前記同相ノイズフィルタは、前記第1および第2の半導体スイッチ素子を介して伝達された電圧が同時に変化したとき、前記電圧変換回路による前記第1および第2のパルス信号の生成を禁止する論理回路からなる請求項1に記載の信号伝達回路。
  5. 前記第1および第2の半導体スイッチ素子は、複数の信号の優先度に応じて生成されたパルス信号を受けて択一的にオン・オフ駆動される高耐圧の半導体素子である請求項1に記載の信号伝達回路。
  6. 前記第1および第2の回路は、直列に接続されてハーフブリッジ回路を形成し、交互にオン・オフ駆動されて該ハーフブリッジ回路の中点から負荷に電力を供給する第1および第2のパワー半導体素子を駆動するものである請求項1に記載の信号伝達回路。
  7. 前記第1および第2のパワー半導体素子は、負荷に電力を供給する高耐圧のMOS-FETまたはIGBTである請求項6に記載の信号伝達回路。
  8. 前記第1の回路は、前記ハーフブリッジ回路の中点電圧を基準電位として動作するハイサイド回路であって、
    前記第2の回路は、接地電圧を基準電位として動作するローサイド回路である請求項6に記載の信号伝達回路。
  9. 前記ハイサイド回路から前記ローサイド回路に伝達される複数の信号は、前記ハイサイド回路によりスイッチング駆動される第1のパワー半導体素子の動作異常の種別を示す信号である請求項8に記載の信号伝達回路。
  10. 前記第1の回路は、接地電圧を基準電位として動作するローサイド回路であって、
    前記第2の回路は、前記ハーフブリッジ回路の中点電圧を基準電位として動作するハイサイド回路である請求項6に記載の信号伝達回路。
  11. 前記ローサイド回路から前記ハイサイド回路に伝達される複数の信号は、前記ハイサイド回路における前記第1のパワー半導体素子の駆動を制御する信号である請求項10に記載の信号伝達回路。
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