功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明具備：警示信號生成電路，所述警示信號生成電路檢測為執(zhí)行保護(hù)構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的半導(dǎo)體元件的動作所必需的信息，生成具有與保護(hù)緣由相對應(yīng)的脈沖寬度的警示信號，并向外部輸出該警示信號；溫度信號生成電路，所述溫度信號生成電路檢測所述半導(dǎo)體元件的溫度，并生成周期不同于所述警示信號的脈沖寬度的、與所述溫度相關(guān)的PWM信號；以及輸出控制電路，所述輸出控制電路在平時選擇所述PWM信號，而在產(chǎn)生了所述警示信號時選擇所述警示信號以取代所述PWM信號，并將其向外部輸出。
【專利說明】功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的半導(dǎo)體元件進(jìn)行驅(qū)動，并且具備保護(hù)半導(dǎo)體元件的功能的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近來，智能功率模塊(Intelligent Power Module:1PM)正受到矚目。將由例如IGBT等功率晶體管構(gòu)成的多個半導(dǎo)體元件及其驅(qū)動電路連同針對所述各半導(dǎo)體元件的過電流、控制電源的電壓下降、過熱等異常而設(shè)置的保護(hù)電路一起，模塊化成一個電子元器件，從而構(gòu)成該智能功率模塊。此外，在例如專利文獻(xiàn)I中，提倡了如下技術(shù)方案:除分別檢測上述異常的多個保護(hù)電路之外，在所述智能功率模塊中還裝入根據(jù)各保護(hù)電路檢測到的異常的種類，向外部輸出具有預(yù)設(shè)脈沖寬度的警示信號的通知電路。
[0003]圖8是表示此類功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置的大概結(jié)構(gòu)的框圖。該功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置I具備將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變器2。構(gòu)成逆變器2的多個半導(dǎo)體元件(本例中為 6 個 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors:絕緣柵雙極型晶體管)11 ?16)分別被驅(qū)動電路3U?3Z獨(dú)立驅(qū)動。圖中的21?26分別表示反向并聯(lián)在所述IGBTll?16的各自的發(fā)射極和集電極之間的續(xù)流二極管。
[0004]構(gòu)成逆變器2的6個IGBTll?16兩兩串聯(lián)連接，構(gòu)成三組半橋式電路。這些半橋式電路分別介于與未圖示的直流電源相連接的正極端子P和負(fù)極端子N之間。并列設(shè)置的所述3組半橋式電路構(gòu)成三相全橋式電路，將在所述正極端子P和所述負(fù)極端子N之間提供的直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電。由該逆變器2轉(zhuǎn)換而成的三相交流電被提供給電動機(jī)等交流負(fù)載4。
[0005]具體而言，構(gòu)成所述逆變器2的6個IGBTll?16中，連接在正極端子P—側(cè)的IGBTl1、12、13構(gòu)成上臂，分別生成三相交流的U相、V相和W相的正功率。而連接在負(fù)極端子N —側(cè)的IGBT14、15、16構(gòu)成下臂，分別生成三相交流的X相、Y相和Z相的負(fù)功率。這些IGBTll?16由于所述驅(qū)動電路3U?3Z而具備相互不同的相位，通過對它們進(jìn)行導(dǎo)通/截止驅(qū)動，來切換所述直流電。所述IGBTll?16從它們之間的串聯(lián)連接點(diǎn)經(jīng)由輸出端子U、V、W輸出三相交流電。
[0006]另外，如同以圖9的驅(qū)動電路3X的簡要結(jié)構(gòu)為代表所示出的那樣，所述驅(qū)動電路3U?3Z都具備柵極控制電路31，該柵極控制電路31接收由未圖示的逆變器控制部提供的控制信號Sm作為輸入，對所述IGBT14的柵極進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制。所述控制信號Sm由在所述逆變器控制部進(jìn)行的與所述U相?Z相分別相對應(yīng)的相位控制下進(jìn)行了脈沖寬度調(diào)制(PWM)后得到的脈沖信號所構(gòu)成。
[0007]從后述的保護(hù)信號生成電路35向所述柵極控制電路31輸入保護(hù)信號(驅(qū)動停止信號)Sp。當(dāng)所述保護(hù)信號Sp為截止(H電平)時，該柵極控制電路31向所述IGBT14的柵極施加所述控制信號Sm，對該IGBT14進(jìn)行導(dǎo)通/截止驅(qū)動。而在所述保護(hù)信號Sp為導(dǎo)通(L電平)時，所述柵極控制電路31阻止所述控制信號Sm通過。由于阻止該控制信號Sm通過，禁止了所述IGBT14的驅(qū)動，由此保護(hù)IGBT14不會出現(xiàn)異常。
[0008]作為實(shí)現(xiàn)保護(hù)所述IGBT14的功能的多個保護(hù)電路，所述驅(qū)動電路3X具備控制電壓檢測電路32、電流檢測電路33以及溫度檢測電路34。控制電壓檢測電路32具備第I比較器CP1，該第I比較器CPl對由外部電源所提供的該驅(qū)動電路3U的控制電壓Vcc和預(yù)設(shè)的第I閾值電壓Vthl進(jìn)行比較。當(dāng)所述控制電壓Vcc下降到第I閾值電壓Vthl以下時，由該第I比較器CPl構(gòu)成的控制電壓檢測電路32將該情況檢測為控制電壓Vcc異常下降，輸出H電平的電壓異常檢測信號Svd。
[0009]另外，所述電流檢測電路33還具備第2比較器CP2，該第2比較器CP2對電壓Vi和預(yù)設(shè)的第2閾值電壓Vth2進(jìn)行比較，該電壓Vi表示從所述IGBT14的電流檢測發(fā)射極檢測出的、流過該IGBT14的電流I。當(dāng)所述電壓Vi超過第2閾值電壓Vth2時，由該第2比較器CP2構(gòu)成的電流檢測電路33將該情況檢測為過電流，輸出H電平的過電流異常檢測信號
Soc0
[0010]進(jìn)一步地，所述溫度檢測電路34具備第3比較器CP3，該第3比較器CP3對電壓Vt和預(yù)設(shè)的第3閾值電壓Vth3進(jìn)行比較，該電壓Vt表示所述IGBT14的溫度T、具體而言表示形成有所述IGBT14的半導(dǎo)體芯片的溫度T，所述溫度T由作為溫度傳感器被裝入與所述IGBT14相同半導(dǎo)體芯片中的溫度檢測用二極管18進(jìn)行檢測。當(dāng)所述電壓Vt低于第3閾值電壓Vth3時，由該第3比較器CP3構(gòu)成的溫度檢測電路34將該情況檢測為過熱，輸出H電平的過熱異常檢測信號Soh。
[0011]當(dāng)所述各檢測電路32、33、34中的任一個輸出了所述異常檢測信號Svd、Soc、Soh時，保護(hù)信號生成電路35經(jīng)由或門電路36而被激活，在一定時長內(nèi)生成L電平的所述保護(hù)信號Sp，提供給所述柵極控制電路31。該保護(hù)信號Sp還經(jīng)由端子AE被提供其他的驅(qū)動電路3Y、3Z。由此，利用該保護(hù)信號Sp，不僅能夠禁止驅(qū)動所述IGBT14，還能夠禁止驅(qū)動其余的 IGBT15、16。
[0012]另一方面，所述各檢測電路32、33、34分別輸出的所述異常檢測信號Svd、Soc、Soh被提供給警示信號生成電路37。在從所述檢測電路32、33、34處接收到所述異常檢測信號Svd、Soc、Soh時,該警示信號生成電路37生成警示信號。例如如圖10(a)?(C)所示,該警示信號由分別預(yù)先與所述各檢測電路32、33、34設(shè)置了對應(yīng)關(guān)系的、以規(guī)定脈沖間隔Ta相連的、具有不同脈沖寬度Tvd、Toe、Toh的脈沖信號序列構(gòu)成。順帶一提，構(gòu)成所述警示信號的脈沖信號序列的上述各脈沖寬度Tvd、Toe、Toh被設(shè)定為例如Tvd ( = T), Toc (=2T),Toh( = 4T)。然后，由所述脈沖信號序列構(gòu)成的所述警示信號經(jīng)由輸出晶體管38向外部輸出，以生成所述控制信號Sm。該控制信號Sm被提供給所述逆變器控制部，用來驅(qū)動所述驅(qū)動電路3X。
[0013]然而，近年來，出于能源管理的考慮，常態(tài)化監(jiān)視所述智能功率模塊(IPM)中的半導(dǎo)體元件、即所述各IGBTll?16的溫度的要求越來越高。但是，為了分別檢測多個半導(dǎo)體元件的溫度并向外部輸出，所述IPM中的輸出端子個數(shù)就會增加。進(jìn)一步還會產(chǎn)生所述逆變器控制部的處理負(fù)擔(dān)增加的問題。作為解決這些問題的手段，例如專利文獻(xiàn)2中提倡了如下技術(shù)方案:分別檢測所述多個半導(dǎo)體元件的溫度，選擇這些溫度信息中最高的溫度信息向外部輸出。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2012-143125號公報專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2000-134074號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0015]但是，專利文獻(xiàn)2中所介紹的手段需要通過模擬絕緣放大器來收集多個溫度傳感器檢測出的溫度信息。并且因?yàn)橐蛲獠枯敵霰硎緶囟刃畔⒌哪M電壓，所以其處理電路的結(jié)構(gòu)將復(fù)雜化，不可避免地將成為成本上升的主要原因。進(jìn)一步地，除了將所述警示信號向外部輸出的輸出端子、具體而言數(shù)字端口之外，還需要設(shè)置用于將所述溫度信息向外部輸出的專用輸出端子、具體而言模擬端口。因此，將不可避免地造成半導(dǎo)體模塊(IPM)的輸出端子個數(shù)增加。
[0016]本發(fā)明正是在考慮了這些情況后而提出的，其目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，能夠利用將警示信號向外部輸出的輸出端子，在不妨礙所述警示信號的輸出的情況下，以能夠明確同警示信號相互區(qū)分的方式，向外部輸出所述半導(dǎo)體元件的溫度信息。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0017]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置具備:驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路對構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的半導(dǎo)體元件進(jìn)行驅(qū)動；多個保護(hù)電路，所述多個保護(hù)電路檢測為執(zhí)行保護(hù)所述半導(dǎo)體元件的動作所必需的信息，生成保護(hù)信號，并根據(jù)該保護(hù)信號，停止所述驅(qū)動電路對所述半導(dǎo)體元件的驅(qū)動；以及警示信號生成電路，所述警示信號生成電路響應(yīng)于所述保護(hù)電路的輸出，生成具有與保護(hù)緣由相對應(yīng)的脈沖寬度的警示信號并向外部輸出，其特征在于，還具備:
溫度信號生成電路，所述溫度信號生成電路檢測所述半導(dǎo)體元件的溫度，并生成周期不同于所述警示信號的脈沖寬度的、與所述溫度相關(guān)的PWM信號；以及
輸出控制電路，所述輸出控制電路在平時選擇所述PWM信號，而在產(chǎn)生了所述警示信號時選擇所述警示信號以取代所述PWM信號，并將其向外部輸出。
[0018]本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置具備:多個驅(qū)動電路，所述多個驅(qū)動電路對構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的多個半導(dǎo)體元件分別進(jìn)行驅(qū)動；多個保護(hù)電路，所述多個保護(hù)電路分別與所述多個半導(dǎo)體元件中的各個半導(dǎo)體元件相對應(yīng)地設(shè)置，檢測為執(zhí)行保護(hù)各所述半導(dǎo)體元件的動作所必需的信息，生成保護(hù)信號，并根據(jù)該保護(hù)信號，停止所述驅(qū)動電路對所述半導(dǎo)體元件的驅(qū)動；以及警示信號生成電路，所述警示信號生成電路分別與各所述半導(dǎo)體元件相對應(yīng)地設(shè)置，響應(yīng)于相應(yīng)的所述多個保護(hù)電路的輸出，分別生成具有與保護(hù)緣由相對應(yīng)的脈沖寬度的警示信號并向外部輸出，其特征在于，還具備:
溫度信號生成電路，所述溫度信號生成電路分別檢測各所述半導(dǎo)體元件的溫度，并生成周期不同于所述警示信號的脈沖寬度的、與所述溫度相關(guān)的PWM信號；以及
輸出控制電路，所述輸出控制電路在平時選擇所述PWM信號，而在產(chǎn)生了所述警示信號時選擇所述警示信號以取代所述PWM信號，并將其向外部輸出。
[0019]具體而言，所述多個保護(hù)電路包含檢測施加到該控制裝置的控制電壓的電壓檢測電路、檢測所述半導(dǎo)體元件的溫度的溫度檢測電路以及檢測流過所述半導(dǎo)體元件的電流的電流檢測電路，由分別生成低電壓保護(hù)、過熱保護(hù)以及過電流保護(hù)的保護(hù)信號的部件構(gòu)成。
[0020]較佳地，所述溫度信號生成電路被構(gòu)成為在所述半導(dǎo)體元件的溫度不到設(shè)定溫度時不生成PWM信號，而僅在達(dá)到所述設(shè)定溫度以上時生成與所述檢測溫度相對應(yīng)的PWM信號。此外，優(yōu)選將所述溫度信號生成電路構(gòu)成為以限制與所述半導(dǎo)體元件的溫度相對應(yīng)的PWM信號的占空比上限和下限中的至少一方的方式來生成所述PWM信號。
[0021]另外，優(yōu)選所述輸出控制電路由多路復(fù)用器構(gòu)成，所述多路復(fù)用器在所述警示生成電路生成警示信號的整個期間內(nèi)選擇并輸出該警示信號，而在所述警示信號的生成停止時，選擇并輸出所述PWM信號以取代所述警示信號。尤其優(yōu)選將所述多路復(fù)用器構(gòu)成為根據(jù)通過延遲所述警示信號的后沿而生成的切換信號來進(jìn)行動作控制，選擇輸出所述PWM信號。
[0022]另外，優(yōu)選例如將所述多個驅(qū)動電路與分別對應(yīng)于構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的多個半導(dǎo)體元件中的各個半導(dǎo)體元件的所述多個保護(hù)電路以及所述警示信號生成電路分別形成集成電路，并將所述溫度信號生成電路與所述輸出電路一起形成獨(dú)立于所述多個驅(qū)動電路的集成電路。此時，優(yōu)選將所述溫度信號生成電路構(gòu)成為選擇所述多個檢測溫度中的最高溫度，并生成與該最高溫度相關(guān)的PWM信號。
發(fā)明效果
[0023]根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，選擇與半導(dǎo)體元件的檢測溫度相對應(yīng)的PWM信號以及具有與例如異常緣由相對應(yīng)的脈沖寬度的警示信號，共用輸出端子，向外部輸出。而在不輸出所述警示信號的正常工作時，能夠正常輸出所述PWM信號。因此，無需為了輸出所述PWM信號而設(shè)置新的輸出端子。此外，由于所述PWM信號的周期與所述警示信號的脈沖間隔不同，因此，優(yōu)選通過將其設(shè)定為小于所述警示信號的最小脈沖間隔，從而也能夠方便地區(qū)分所述PWM信號和所述警示信號。
[0024]尤其是本發(fā)明中，與所述PWM信號相比優(yōu)先選擇輸出所述警示信號，根據(jù)通過延遲該警示信號的后沿而生成的切換信號，選擇輸出所述PWM信號以取代選擇輸出所述警示信號。因此，不會妨礙所述警示信號本身的輸出，能夠提前防止該警示信號的誤識別。此夕卜，能夠在保持警示信號的輸出功能的情況下，共用該警示信號的輸出端子，輸出與半導(dǎo)體元件的溫度相關(guān)的PWM信號。因此，其實(shí)用優(yōu)點(diǎn)很多。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1所示控制裝置中的溫度信號輸出電路的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖3是示出上升延遲電路的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖4是表示圖3所示上升延遲電路的動作的信號波形圖。
圖5是表示圖2所示溫度檢測用電路中的多路復(fù)用器的控制動作的信號波形圖。
圖6是用于說明單純在PWM信號和警示信號之間進(jìn)行切換時的問題的信號波形圖。
圖7是利用延遲警示信號所得到的信號來切換PWM信號和警示信號時的信號波形圖。 圖8是一般的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖9是圖8所示控制裝置中的驅(qū)動電路的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示具有與保護(hù)緣由相對應(yīng)的脈沖寬度的警示信號的例子的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面，參照附圖來說明本發(fā)明的一個實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置。
[0027]圖1是表示實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的簡要結(jié)構(gòu)的框圖。該功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置I基本上與圖8所示的控制裝置I相同，具備將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變器2，并且具備對構(gòu)成逆變器2的6個半導(dǎo)體元件、例如IGBTll?16進(jìn)行獨(dú)立驅(qū)動的6個驅(qū)動電路3U?3Z。這些驅(qū)動電路3U?3Z基本上具有與圖9所示部分相同的結(jié)構(gòu)，因此省略其詳細(xì)說明。該控制裝置I還具備獨(dú)立于所述驅(qū)動電路3U?3Z的溫度信號輸出電路6。該控制裝置I的特點(diǎn)在于，被配置成:利用該溫度信號輸出電路6，檢測構(gòu)成所述逆變器2中的所述3組半橋式電路的下臂的所述IGBT14、15、16的溫度，生成與檢測出的溫度相關(guān)的PWM信號。
[0028]S卩，該控制裝置I具備對構(gòu)成所述逆變器2中的所述3組半橋式電路的上臂的所述IGBT11、12、13分別進(jìn)行驅(qū)動的3個驅(qū)動電路3U、3V、3W。對于這些驅(qū)動電路3U、3V、3W，如圖9所示，利用所述各檢測電路32、33、34分別檢測施加到該驅(qū)動電路3U(3V、3W)的控制電壓、所述IGBTll (12、13)的溫度以及流過所述IGBTll (12、13)的電流。然后所述各驅(qū)動電路3U、3V、3W根據(jù)上述檢測信息生成低電壓保護(hù)、過熱保護(hù)以及過電流保護(hù)的保護(hù)信號，生成并向外部輸出具有與異常種類相對應(yīng)的脈沖寬度的警示信號。
[0029]此外，所述控制裝置I具備對構(gòu)成所述3組半橋式電路的下臂的所述IGBT14U5、16分別進(jìn)行驅(qū)動的3個驅(qū)動電路3X、3Y、3Z。這些驅(qū)動電路3Χ、3Υ、3Ζ以不與分別隨附于所述各IGBT14、15、16而設(shè)置的所述溫度檢測用二極管18相連接的方式使用。對于這些驅(qū)動電路3X、3Y、3Z，分別從所述各檢測電路32、33、34檢測出施加到該驅(qū)動電路3Χ (3Υ、3Ζ)的控制電壓以及流過所述IGBT14(15、16)的電流。換言之，所述驅(qū)動電路3X(3Y、3Z)與所述驅(qū)動電路3U(3V、3W)不同，并不檢測IGBT11(12、13)的溫度。然后所述驅(qū)動電路3X(3Y、3Z)生成低電壓保護(hù)以及過電流保護(hù)的保護(hù)信號，生成并向外部輸出具有與異常種類相對應(yīng)的脈沖寬度的警示信號。
[0030]分別隨附于所述各IGBT14、15、16而設(shè)置的所述溫度檢測用二極管18不與所述驅(qū)動電路3Χ、3Υ、3Ζ連接，而是分別與所述溫度信號輸出電路6連接。因此，這些各溫度檢測用二極管18向所述溫度信號輸出電路6并行地提供分別表示所述各IGBT14、15、16的溫度的信息。
[0031]所述溫度信號輸出電路6例如如圖2的簡要結(jié)構(gòu)所示，具備并列設(shè)置的3個溫度檢測電路611、617、612。這些溫度檢測電路611、617、612如前所述通過隨附于所述168114、
15、16而設(shè)置的溫度檢測用二極管18分別檢測所述各IGBT14、15、16的溫度。
[0032]順帶一提，所述各溫度檢測電路61X(61y、61z)各自具備對所述溫度檢測用二極管18進(jìn)行恒流驅(qū)動的恒流源6a、檢測隨所述IGBT14(15、16)溫度而變化的所述溫度檢測用二極管18的端子電壓OHX(ΟΗΥ、0ΗΖ)的輸入緩沖器6b以及反轉(zhuǎn)該輸入緩沖器6b的輸出的反轉(zhuǎn)放大器6c。順帶一提，所述溫度檢測用二極管18的端子電壓OHX(0ΗΥ、0ΗΖ)隨著所述IGBT14(15、16)的溫度上升而反比例下降。因此，所述反轉(zhuǎn)放大器6c通過反轉(zhuǎn)所述輸入緩沖器6b的輸出，起到了使得所述溫度檢測電路61x(61y、61z)的輸出電壓隨著所述IGBT14(15、16)的溫度上升而成比例增加的作用。
[0033]此外，該溫度信號輸出電路6具備最大值選擇器62，該最大值選擇器62從與所述3個溫度檢測電路61x、61y、61z分別輸出的溫度成比例的電壓中選擇最大值(最高溫度)。然后，對于表示通過該最大值選擇器62所選擇的最高溫度的電壓，在利用對其上限值和下限值進(jìn)行限制的限幅器63進(jìn)行了箝位處理之后，將該電壓提供給比較器64。該比較器64通過進(jìn)行上述與溫度成比例的電壓和振蕩器65輸出的規(guī)定周期的三角波電壓信號之間的比較處理，從而起到了生成與溫度相關(guān)的PWM信號的PWM轉(zhuǎn)換器的作用。
[0034]所述限幅器63將所述最大值選擇器62的輸出電壓限制成與以下溫度區(qū)域中的溫度相當(dāng)?shù)碾妷?需要監(jiān)視處于導(dǎo)通/截止動作狀態(tài)的所述IGBT14(15、16)的溫度的溫度區(qū)域、例如60?250°C的溫度區(qū)域。作為上述監(jiān)視對象的溫度區(qū)域包含異常過熱溫度區(qū)域。利用該限幅器63的輸出電壓功能，所述比較器64生成的PWM信號的占空比的變化幅度與作為所述監(jiān)視對象的溫度區(qū)域相匹配。通過這樣的匹配，確保了溫度檢測的精度和檢測范圍(動態(tài)范圍)。
[0035]由所述振蕩器65進(jìn)行輸出的、用于所述比較器64生成PWM信號的所述三角波電壓信號的周期被設(shè)定為充分小于前述的與警示信號的異常類別相對應(yīng)的脈沖寬度Tvd、Toc、Toh，更具體地，充分小于最小脈沖寬度Tvd( = T)。然后，通過對該三角波電壓信號與表示所述溫度的電壓進(jìn)行比較，并反轉(zhuǎn)其輸出，所述比較器64生成脈沖寬度(占空比)與所述溫度相關(guān)地變化的一定周期的PWM信號。
[0036]如此一來，比較器64生成的與溫度相關(guān)的PWM信號被提供給后述的雙輸入選擇型輸出控制電路、即多路復(fù)用器66的第I輸入端子A，經(jīng)由該多路復(fù)用器66被輸出，被施加到輸出晶體管(MOS-FET) 67的柵極。然后，作為伴隨所述輸出晶體管(MOS-FET) 67的導(dǎo)通/截止動作而產(chǎn)生的漏極電壓變化，所述PWM信號經(jīng)由輸出端子AER向外部輸出，
[0037]另一方面，經(jīng)由端子AE向所述溫度信號輸出電路6輸入分別從所述驅(qū)動電路3X、3Y、3Z輸出的警示信號。經(jīng)由上述端子AE輸入的警示信號依次經(jīng)過第I上升延遲電路71以及下降延遲電路72之后被輸出。這樣，該警示信號的上升時刻和下降時刻將如后述一樣分別被延遲[TAEup]和[TAEdown]。延遲后的警示信號被提供給所述多路復(fù)用器(輸出控制電路)66的第I輸入端子B，再經(jīng)由該多路復(fù)用器66被輸出，以取代所述PWM信號。
[0038]此外，從所述端子AE輸入的警示信號在被提供給所述第I上升延遲電路71的同時，還被輸入到第2上升延遲電路73。然后，所述警示信號的上升時刻如后述一樣被控制成延遲[TAEmask]后，被提供給邏輯電路74。該邏輯電路74起到如下作用:根據(jù)經(jīng)所述第2上升延遲電路73控制延遲后的警示信號和所述最大值選擇器62的輸出，生成控制所述多路復(fù)用器66的選擇動作的二值切換信號。
[0039]具體而言，當(dāng)從所述第2上升延遲電路73提供的信號為L電平時，所述邏輯電路74將所述切換信號強(qiáng)制設(shè)定為L電平。而當(dāng)從所述第2上升延遲電路73提供的信號為H電平、并且所述最大值選擇器62的輸出電壓在表示預(yù)設(shè)溫度的設(shè)定電壓以上時，所述邏輯電路74將所述切換信號設(shè)定為H電平。所述邏輯電路74通過將如上所述生成的切換信號施加到所述多路復(fù)用器66的控制端子S，從而控制該多路復(fù)用器66的選擇動作。同時，所述邏輯電路74通過將所述切換信號提供給所述振蕩器65，從而控制該振蕩器65的振蕩動作。
[0040]所述多路復(fù)用器66根據(jù)施加到其控制端子S的所述切換信號而受到動作控制，在被施加L電平的切換信號時，選擇所述第2輸入端子B。結(jié)果，所述多路復(fù)用器66選擇并輸出依次經(jīng)由所述第I上升延遲電路71以及下降延遲電路72實(shí)施了定時調(diào)整之后的警示信號。另外，所述多路復(fù)用器66在被施加了 H電平的切換信號時選擇所述第I輸入端子A，選擇并輸出所述比較器64所生成的PWM信號。結(jié)果，多路復(fù)用器66根據(jù)所述切換信號擇一地選擇分別被施加到所述第I以及第2輸入端子A、B的信號。通過這些一連串的動作，所述多路復(fù)用器66選擇性地切換并輸出所述警示信號和PWM信號。
[0041]另外，所述振蕩器65構(gòu)成為僅在所述切換信號為H電平時進(jìn)行振蕩動作。順帶一提，如前所述，僅在表示所述最大值選擇器62的輸出電壓(溫度)為預(yù)設(shè)溫度以上的情況時才輸出H電平的切換信號。上述預(yù)設(shè)溫度是需要監(jiān)視所述IGBT14(15、16)的溫度的最低溫度，例如為60°C。因此，僅在所述IGBT14(15、16)的溫度上升到作為監(jiān)視對象的溫度范圍、并且沒有輸入所述警示信號時，所述振蕩器65才進(jìn)行振蕩動作，生成所述三角波電壓信號，以供所述PWM信號的生成。
[0042]這里對所述第I以及第2上升延遲電路71、73以及所述下降延遲電路72進(jìn)行說明。圖3示出了所述上升延遲電路71 (73)的結(jié)構(gòu)例。該上升延遲電路71 (73)包括電流鏡像電路，該電流鏡像電路由柵極相互連接的一對P溝道FET81、82構(gòu)成，由恒流源83驅(qū)動，使與所述P溝道FET81上流過的恒定電流成比例的電流從所述P溝道FET82輸出。另外，所述上升延遲電路71 (73)包括圖騰柱型切換電路，該圖騰柱型切換電路由源極相互連接并且柵極相互連接的P溝道FET84和η溝道FET85構(gòu)成，經(jīng)由所述電流鏡像電路被提供恒定電流。構(gòu)成該切換電路的上述P溝道FET84和η溝道FET85根據(jù)經(jīng)由非門電路86施加到柵極上的輸入信號進(jìn)行相反的導(dǎo)通動作。
[0043]具體而言，當(dāng)輸入信號是H電平，經(jīng)由所述非門電路86施加到所述P溝道FET84以及所述η溝道FET85的各柵極上的信號是L電平時，所述ρ溝道FET84進(jìn)行導(dǎo)通動作，所述η溝道FET85進(jìn)行截止動作。相反，當(dāng)輸入信號是L電平，經(jīng)由所述非門電路86施加到所述P溝道FET84以及所述η溝道FET85的各柵極上的信號是H電平時，所述ρ溝道FET84進(jìn)行截止動作，所述η溝道FET85進(jìn)行導(dǎo)通動作。
[0044]另一方面，在以圖騰柱方式連接的、如上所述相反地進(jìn)行導(dǎo)通動作的所述ρ溝道FET84和η溝道FET85的連接點(diǎn)上連接有電容器87。所述ρ溝道FET84在所述輸入信號是H電平時，由于其導(dǎo)通動作而起到以恒定電流對所述電容器87進(jìn)行充電的作用。由于伴隨所述P溝道FET84的導(dǎo)通動作而對所述電容器87進(jìn)行的充電，該電容器87的端子電壓(充電電壓Vchg)以一定的上升率提高。此外，所述η溝道FET85在所述輸入信號是L電平時，由于其導(dǎo)通動作而起到對所述電容器87的充電電荷進(jìn)行瞬時放電的作用。由于伴隨該η溝道FET85的導(dǎo)通動作而對所述電容器87進(jìn)行的放電，該電容器87的端子電壓(充電電壓Vchg)瞬時變?yōu)榱?O)。
[0045]然后，呈現(xiàn)此種變化的所述電容器87的充電電壓Vchg在比較器88中同基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較。在所述充電電壓Vchg超過基準(zhǔn)電壓Vref時該比較器88輸出H電平的信號，在所述充電電壓Vchg不到基準(zhǔn)電壓Vref時該比較器88輸出L電平的信號。該比較器88的輸出即成為所述上升延遲電路71 (73)的輸出信號。
[0046]因此，根據(jù)如此構(gòu)成的上升延遲電路71(73)，如圖4中示出了其輸入輸出信號的關(guān)系那樣，在延遲了從輸入電壓反轉(zhuǎn)成H電平時開始直到所述電容器87的充電電壓Vchg達(dá)到所述基準(zhǔn)電壓Vref為止的時間TAEup之后，其輸出電壓反轉(zhuǎn)成H電平。然后，所述上升延遲電路71 (73)的輸出電壓在所述輸入電壓反轉(zhuǎn)成L電平時瞬間反轉(zhuǎn)成L電平。因而經(jīng)過該上升延遲電路71 (73)之后，僅對該輸入信號的上升時刻進(jìn)行延遲并將其輸出。具體地在所述警示信號的情況下，僅對該警示信號的后沿反轉(zhuǎn)成H電平的時刻進(jìn)行延遲并將其輸出。
[0047]此外，也可以省略所述非門電路86，將輸入信號直接施加至所述ρ溝道FET84和η溝道FET85的柵極。如此一來，所述電容器87在所述輸入電壓為L電平時以恒定電流被充電，在所述輸入電壓為H電平時其充電電荷被瞬時放電。因此，所述比較器88的輸出電壓在輸入電壓反轉(zhuǎn)成H電平時瞬時反轉(zhuǎn)成H電平，在所述輸入電壓反轉(zhuǎn)成L電平后延遲所述時間TAEdown反轉(zhuǎn)成L電平。因此通過省略所述非門電路86，能夠同樣地構(gòu)成前述下降延遲電路72。
[0048]現(xiàn)在回到前述溫度信號輸出電路6的說明，經(jīng)由所述端子AE輸入的警示信號由圖5(a)所示的脈沖信號序列構(gòu)成，該脈沖信號序列如參考圖10進(jìn)行的說明，由具有與保護(hù)緣由相對應(yīng)的脈沖寬度Tvd(T0C、T0h)的L電平脈沖信號隔著規(guī)定時間間隔Ta連續(xù)形成。然后，依次經(jīng)過所述第I上升延遲電路71以及下降延遲電路72輸出該警示信號。這樣，該上升延遲電路71以及下降延遲電路72的延遲時間TAEup、TAEdown相等的情況下，其輸出信號如圖5(b)所示成為將所述警示信號延遲時間TAEup ( = TAEdown)之后的信號。
[0049]換言之，依次經(jīng)過所述上升延遲電路71以及下降延遲電路72而被提供給所述多路復(fù)用器66的第2輸入端子B的信號相對于所述警示信號的前沿(前緣)、即下降時刻被延遲了時間TAEdown。此外，提供給所述第2輸入端子B的信號是將其后沿(后緣)、即上升時刻延遲時間TAEup后得到的信號，也就是將所述警示信號延遲時間TAEup ( = TAEdown)后得到的信號。
[0050]與之相對，被提供給所述邏輯電路74的信號是使所述警示信號僅通過第2上升延遲電路73之后輸出的信號。因此，如圖5 (c)所示，經(jīng)過所述第2上升延遲電路73之后輸出的信號在警示信號的前沿時刻處反轉(zhuǎn)成L電平，在將該警示信號的后沿延遲時間TAEmask的時刻處反轉(zhuǎn)成H電平。
[0051]通過將所述第2上升延遲電路73的延遲時間TAEmask設(shè)定得比前述警示信號的脈沖間隔Ta長(TAEmask>Ta)，能夠掩蓋表示形成所述警示信號的脈沖信號序列的脈沖信號間隔Ta的H電平期間。即，所述第2上升延遲電路73在所述警示信號反轉(zhuǎn)成H電平的時刻通過所述P溝道FET84對電容器87充電。但是，所述第2上升延遲電路73的延遲時間TAEmask被設(shè)定成比所述警示信號的脈沖間隔Ta長(TAEmask>Ta)。因此，在通過充電使所述電容器87的充電電壓Vchg達(dá)到所述基準(zhǔn)電壓Vref之前，所述警示信號就反轉(zhuǎn)成L電平。
[0052]結(jié)果，所述η溝道FET85進(jìn)行導(dǎo)通動作對所述電容器87的充電電荷進(jìn)行瞬時放電，所以所述電容器87的充電電壓Vchg不會達(dá)到所述基準(zhǔn)電壓Vref，因此所述比較器88的輸出保持在L電平。因而，即便在以前述脈沖信號序列的形式提供所述警示信號的情況下，在輸入該警示信號的整個期間內(nèi)向所述邏輯電路74提供的信號都保持在L電平。
[0053]因此，通過由所述第2上升延遲電路73對所述警示信號進(jìn)行延遲控制，從而在輸入該警示信號的整個期間內(nèi)都如前述一樣，依次經(jīng)過第I上升延遲電路71和所述下降延遲電路72進(jìn)行延遲控制之后的警示信號被提供給所述多路復(fù)用器66，再經(jīng)由該多路復(fù)用器66輸出。然后所述警示信號不斷輸入，從所述第2上升延遲電路73提供給所述邏輯電路74的信號反轉(zhuǎn)成H電平，從而在前述條件下生成的所述PWM信號經(jīng)由所述多路復(fù)用器66被輸出。
[0054]結(jié)果，經(jīng)由所述多路復(fù)用器66對所述警示信號和所述PWM信號進(jìn)行擇一選擇，經(jīng)由所述輸出晶體管38向外部輸出。尤其所述多路復(fù)用器66在輸入了所述警示信號時優(yōu)先輸出該警示信號以取代所述PWM信號。因此，通過檢測經(jīng)由所述輸出晶體管38向外部輸出的信號，能夠在平時根據(jù)所述PWM信號對所述IGBT14、15、16的溫度進(jìn)行監(jiān)視。在發(fā)生異常時，還能夠根據(jù)所述警示信號判定該異常的種類。
[0055]這里，對所述第I和第2上升延遲電路71、73以及所述下降延遲電路72所進(jìn)行的對所述警示信號的延遲控制作進(jìn)一步說明，當(dāng)在所述驅(qū)動電路3X、3Y、3Z中的任一個中檢測到所述控制電壓Vcc異常降低或者所述IGBT14(15、16)的過電流時，生成所述警示信號。因此，功率轉(zhuǎn)換裝置在正常動作時，不會發(fā)出所述警示信號。故而，所述溫度信號輸出電路6中，正常生成與所述IGBT14(15、16)的溫度相對應(yīng)的PWM信號，經(jīng)由所述多路復(fù)用器66向外部輸出。
[0056]在此情況下，若所述驅(qū)動電路3X、3Y、3Z中的任一個發(fā)出了警示信號，則該警示信號就被提供給所述溫度信號輸出電路6。于是在所述溫度信號輸出電路6中，如前所述一樣地，隨著警示信號的輸入，選擇輸出該警示信號以取代所述PWM信號。此時，在不進(jìn)行前述針對警示信號的延遲控制的情況下，在輸入所述警示信號的時刻進(jìn)行所述多路復(fù)用器66的切換控制。結(jié)果，例如如圖6所示，可能會出現(xiàn)所述PWM信號先維持L電平，隨后再輸出所述警示信號的情況。
[0057]于是，從所述PWM信號切換到所述警不信號的時間點(diǎn)上，前面的該P(yáng)WM信號的L電平和所述警示信號的L電平連接在一起，從外在表現(xiàn)上看，該警示信號的最開始的脈沖寬度比原本的脈沖寬度Tvd要大。結(jié)果，警示信號的脈沖寬度測量產(chǎn)生較大誤差Terror，對通過脈沖寬度來判定警示信號種類造成了障礙。
[0058]關(guān)于這一點(diǎn)，利用前述的針對警示信號的延遲控制，對輸入到所述溫度信號輸出電路6的所述警示信號進(jìn)行前述的延遲控制。因而在輸入該警示信號的時刻進(jìn)行了所述多路復(fù)用器66的切換控制之后，向該多路復(fù)用器66提供延遲了前述時間TAEdown( = TAEup)之后的警示信號。結(jié)果，如圖7所示，作為多路復(fù)用器66的輸出，能夠得到像前述一樣進(jìn)行了延遲處理的警示信號。因此，從所述溫度信號輸出電路6輸出的所述警示信號的脈沖寬度不會變化。因此，在監(jiān)視所述警示信號的前述逆變器控制部一側(cè)，能夠正確測量所述警示信號的脈沖寬度，識別其異常緣由。
[0059]這樣，采用上述功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，利用警示信號的外部輸出端子，能夠?qū)雽?dǎo)體元件即所述IGBT14、15、16的溫度相關(guān)信息作為與其最高溫度相關(guān)的PWM信號正常輸出，同時在檢測到該IGBT14、15、16異常時輸出表示該異常的種類的警示信號以取代所述PWM信號。因此，能夠?qū)⒁粋€外部輸出端子兼用作所述PWM信號的輸出端子以及所述警示信號的輸出端子，因此不必增加作為IPM的輸出端子個數(shù)。
[0060]而且，通過將溫度信息形成為與溫度相關(guān)的PWM信號，并且使得該P(yáng)WM信號的周期短于所述警示信號的脈沖寬度，從而還能夠容易地區(qū)分所述PWM信號和警示信號。因此，即便共用一個外部輸出端子向外部輸出所述PWM信號和警示信號，也能夠容易地進(jìn)行區(qū)分。因此，不會對這些信號的外部輸出造成障礙。此外，由于能夠根據(jù)所述PWM信號對半導(dǎo)體元件的溫度異常進(jìn)行監(jiān)視，這一點(diǎn)也不會產(chǎn)生問題。因此，其實(shí)用優(yōu)點(diǎn)很多。
[0061]另外，本發(fā)明并不局限于上述的實(shí)施方式。例如，也可以不設(shè)置實(shí)施方式中所示的專用溫度信號輸出電路6，而是為前述的多個驅(qū)動電路3U?3Z分別配備與通過所述溫度檢測用二極管18檢測出的溫度相對應(yīng)地生成所述PWM信號的電路功能以及選擇輸出該P(yáng)WM信號或者警示信號的電路功能。
[0062]另外，雖然這里是根據(jù)有無所述警示信號的輸入來控制所述多路復(fù)用器66的切換，但也可以例如利用前述的保護(hù)信號Sp來控制所述多路復(fù)用器66的切換。此外，本發(fā)明可以在不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形來實(shí)施。
標(biāo)號說明
[0063]I功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置 2逆變器
3U?3Z驅(qū)動電路 4交流負(fù)載 6溫度信號輸出電路 11?16半導(dǎo)體元件(IGBT)
18溫度檢測用二極管 21?26續(xù)流二極管 31柵極控制電路
32控制電壓檢測電路(保護(hù)電路)
33電流檢測電路(保護(hù)電路)
34溫度檢測電路(保護(hù)電路)
35保護(hù)信號生成電路 36或門電路 37警示信號生成電路 38輸出晶體管(輸出電路)
61x.61y.61z溫度檢測電路 62最大值選擇器 63限幅器 64比較器 65振蕩器
66多路復(fù)用器(輸出控制電路)
67輸出晶體管 71第I上升延遲電路 72下降延遲電路 73第2上升延遲電路 74邏輯電路
【權(quán)利要求】
1.一種功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，其特征在于，具備: 驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路對構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的半導(dǎo)體元件進(jìn)行驅(qū)動； 多個保護(hù)電路，所述多個保護(hù)電路檢測為執(zhí)行保護(hù)所述半導(dǎo)體元件的動作所必需的信息，生成保護(hù)信號，并根據(jù)該保護(hù)信號，停止所述驅(qū)動電路對所述半導(dǎo)體元件的驅(qū)動； 警示信號生成電路，所述警示信號生成電路響應(yīng)于所述保護(hù)電路的輸出，生成具有與所述半導(dǎo)體元件的保護(hù)緣由相對應(yīng)的脈沖寬度的警示信號，并向外部輸出該警示信號；溫度信號生成電路，所述溫度信號生成電路檢測所述半導(dǎo)體元件的溫度，并生成周期不同于所述警示信號的脈沖寬度的、與所述溫度相關(guān)的PWM信號；以及 輸出控制電路，所述輸出控制電路在平時選擇所述PWM信號，而在產(chǎn)生了所述警示信號時選擇所述警示信號以取代所述PWM信號，并將其向外部輸出。
2.—種功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，其特征在于，具備: 多個驅(qū)動電路，所述多個驅(qū)動電路對構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的多個半導(dǎo)體元件分別進(jìn)行驅(qū)動； 多個保護(hù)電路，所述多個保護(hù)電路分別與所述多個半導(dǎo)體元件中的各個半導(dǎo)體元件相對應(yīng)地設(shè)置，檢測為執(zhí)行保護(hù)各所述半導(dǎo)體元件的動作所必需的信息，生成保護(hù)信號，并根據(jù)該保護(hù)信號，停止所述驅(qū)動電路對所述半導(dǎo)體元件的驅(qū)動； 警示信號生成電路，所述警示信號生成電路分別與各所述半導(dǎo)體元件相對應(yīng)地設(shè)置，響應(yīng)于相應(yīng)的所述多個保護(hù)電路的輸出，分別生成具有與保護(hù)緣由相對應(yīng)的脈沖寬度的警不信號并向外部輸出； 溫度信號生成電路，所述溫度信號生成電路分別檢測各所述半導(dǎo)體元件的溫度，并生成周期不同于所述警示信號的脈沖寬度的、與所述溫度相關(guān)的PWM信號；以及 輸出控制電路，所述輸出控制電路在平時選擇所述PWM信號，而在產(chǎn)生了所述警示信號時選擇所述警示信號以取代所述PWM信號，并將其向外部輸出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，其特征在于， 所述多個保護(hù)電路包含檢測施加到該控制裝置的控制電壓的電壓檢測電路、檢測所述半導(dǎo)體元件的溫度的溫度檢測電路以及檢測流過所述半導(dǎo)體元件的電流的電流檢測電路，并分別生成低電壓保護(hù)、過熱保護(hù)以及過電流保護(hù)的保護(hù)信號。
4.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，其特征在于， 所述溫度信號生成電路在所述半導(dǎo)體元件的溫度不到設(shè)定溫度時不生成PWM信號，而僅在達(dá)到所述設(shè)定溫度以上時生成與所述半導(dǎo)體元件的溫度相對應(yīng)的PWM信號。
5.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，其特征在于， 所述溫度信號生成電路以限制與所述半導(dǎo)體元件的溫度相對應(yīng)的PWM信號的占空比上限和下限中的至少一方的方式來生成所述PWM信號。
6.如權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，其特征在于， 所述輸出控制電路由多路復(fù)用器構(gòu)成，所述多路復(fù)用器在所述警示生成電路生成警示信號的整個期間內(nèi)選擇并輸出該警示信號，而在所述警示信號的生成停止時，選擇并輸出所述PWM信號以取代所述警示信號。
7.如權(quán)利要求6所述的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，其特征在于， 所述多路復(fù)用器根據(jù)通過延遲所述警示信號的后沿而生成的切換信號來進(jìn)行動作控制，選擇輸出所述PWM信號。
8.如權(quán)利要求2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，其特征在于， 將所述多個驅(qū)動電路與分別對應(yīng)于構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的多個半導(dǎo)體元件中的各個半導(dǎo)體元件的所述多個保護(hù)電路以及所述警示信號生成電路分別形成集成電路， 并將所述溫度信號生成電路與所述輸出電路一起形成獨(dú)立于所述多個驅(qū)動電路的集成電路。
9.如權(quán)利要求8所述的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制裝置，其特征在于， 所述溫度信號生成電路選擇所述多個檢測溫度中的最高溫度，并生成與該最高溫度相關(guān)的PWM信號。
【文檔編號】H02M7/48GK104247245SQ201380019418
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年10月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】昭 中森, 覺 本橋 申請人:富士電機(jī)株式會社