具备内部诊断功能的过电压保护电路 |
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| 申请号 | CN202280064043.9 | 申请日 | 2022-09-06 | 公开(公告)号 | CN118044086A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 松下知识产权经营株式会社; | 发明人 | 福田贵纪; | ||||
| 摘要 | 提供能检测内部的单一故障，从而能在内部诊断中对后级的 电路 稳定地供给电源 电压 的过 电压保护 电路。过电压保护电路(100)的运算部(10)分别输出第1以及第2诊断脉冲 信号 (Pd1、Pd2)。电压监视部(30) 输出信号 (Vmon)，电压比较部(50)输出信号(Vcmp)。在第1以及第2 开关 (M4、M2)的连接点(N1)连接放电部(70)和诊断信号输入部(90)。在第2开关(M2)的漏极连接电压保持部(80)和第2电源(Vcc2)。信号(Vcmp)输入到第1以及第2开关(M4、M2)和放电部(70)。在输出了第1或第2诊断脉冲信号(Pd1、Pd2)的情况下，连接点(N1)的电压(Vnod)降低，第2电源(Vcc2)的电压的降低幅度ΔV成为第1给定值以下。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种过电压保护电路，具有内部诊断功能， |
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| 说明书全文 | 具备内部诊断功能的过电压保护电路技术领域[0001] 本公开涉及具备内部诊断功能的过电压保护电路。 背景技术[0002] 近年来，关于电动机的驱动控制电路等电气电路，强烈要求担保故障时的安全性。因此，提出各种具备诊断自身的故障的功能的电气电路。 [0005] 第1诊断电路在被输入了第1试验信号的情况下，诊断电阻群、比较器、开关元件有无产生故障。第2诊断电路在被输入了第2试验信号的情况下，诊断基准电压源、比较器、开关元件有无产生故障。结果输出电路输出第1诊断电路以及第2诊断电路的诊断结果。 [0006] 根据专利文献1公开的结构，能提供防止电源电压的监视功能的丧失从而安全性高的驱动控制装置。 [0007] 先行技术文献 [0008] 专利文献 [0010] 但专利文献1公开的现有的结构不能检测电压监视电路中所含的电阻群当中的1个电阻的电阻值超过容许值这样的故障。换言之，不能检测电压监视电路中所含的单一的元件的异常(以下有时称作单一故障)等。 [0011] 此外，在现有的结构中，通过了电压监视电路之后的电源电压会在电路诊断动作中大幅变动。即，在电路诊断动作中，存在不能对与电路故障诊断装置的后级连接的电子电路、电子设备供给稳定的电压这样的问题。 [0012] 本公开鉴于相关点而提出，其目的在于，提供能检测内部的单一故障，并且能在内部诊断中对后级的电路稳定地供给电源电压的过电压保护电路。 [0013] 本公开所涉及的过电压保护电路是具有内部诊断功能的过电压保护电路，具备运算部、诊断信号输出部、电压监视部、基准电压生成部、电压比较部、电源开关部、放电部、电压保持部和诊断信号输入部。所述运算部分别输出第1诊断脉冲信号以及第2诊断脉冲信号，并且基于从所述诊断信号输入部输入的信号来判断所述过电压保护电路的内部有无异常。所述诊断信号输出部具有：第1输出部，构成为能接受所述第1诊断脉冲信号来调制所述电压监视部的输出信号；和第2输出部，构成为能接受所述第2诊断脉冲信号来调制所述电压监视部的所述输出信号。所述电压监视部与第1电源连接，并且对应于所述第1输出部以及所述第2输出部各自进行的调制来输出基于所述第1电源的输出电压的所述输出信号。所述基准电压生成部生成具有给定的电压值的基准电压信号。所述电压比较部比较所述基准电压信号和所述输出信号，在所述输出信号比所述基准电压信号大给定以上的情况下，输出与所述输出信号相应的电压信号。所述电源开关部具有第1开关和第2开关。在所述第1开关与所述第2开关的连接点连接所述放电部和所述诊断信号输入部。在所述第1开关中的与所述放电部连接的连接点的相反侧的端部连接所述第1电源。在所述第2开关中的与所述放电部连接的连接点的相反侧的端部连接所述电压保持部和第2电源。所述电压比较部的电压信号输入到所述第1开关、所述第2开关和所述放电部。在从所述电压比较部输出了与所述电压监视部的所述输出信号相应的所述电压信号的情况下，所述第1开关与所述第2开关的连接点的电压以及所述第2电源的电压降低，所述过电压保护电路成为过电压保护动作状态。在从所述运算部输出了所述第1诊断脉冲信号或所述第2诊断脉冲信号的任一者的情况下，所述第1开关与所述第2开关的连接点的电压降低，另一方面，所述第2电源的电压的降低幅度成为第1给定值以下。 [0015] 图1是表示实施方式所涉及的过电压保护电路的功能块的图。 [0016] 图2是表示过电压保护电路的电路结构的一例的图。 [0017] 图3是表示过电压保护动作时的各信号的变化的时序图。 [0018] 图4A是表示通常动作时的诊断信号输出部的动作状态的图。 [0019] 图4B是表示第1诊断时的诊断信号输出部的动作状态的图。 [0020] 图4C是表示第2诊断动作时的诊断信号输出部的动作状态的图。 [0021] 图5是表示内部诊断动作时的各信号的变化的时序图。 [0022] 图6是表示电压监视部的内部的各电阻的电阻值范围与过电压保护电路的动作状态以及内部诊断结果的关系的示意图。 具体实施方式[0023] 以下，基于附图来说明本公开的实施方式。另外，以下的优选的实施方式的说明本质上只是例示，本公开的意图并不在于限制其运用物或其用途。 [0024] (实施方式) [0025] [过电压保护电路的结构] [0026] 图1表示实施方式所涉及的过电压保护电路100的功能块，图2表示过电压保护电路100的电路结构的一例。另外，为了说明方便，将运算部10当中的一部分功能(第1诊断脉冲信号Pd1以及第2诊断脉冲信号Pd2的输出功能)简化为电源V2、电源V4来进行图示。 [0027] 如图1以及图2所示那样，过电压保护电路100具备运算部10、诊断信号输出部20、电压监视部30、基准电压生成部40和电压比较部50，来作为功能块。此外，过电压保护电路100具备电源开关部60、放电部70、电压保持部80和诊断信号输入部90，来作为功能块。 [0028] 运算部10对诊断信号输出部20分别输出作为脉冲信号的第1诊断脉冲信号Pd1和第2诊断脉冲信号Pd2。此外，运算部10接受来自诊断信号输入部90的输出信号，基于该信号来判断过电压保护电路100的内部有无异常。运算部10例如由CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)构成。 [0029] 另外，运算部10也可以由单个的CPU来构成对诊断信号输出部20输出第1诊断脉冲信号Pd1和第2诊断脉冲信号Pd2的功能块、以及接受来自诊断信号输入部90的输出信号的功能块。构成为在两者的功能块之间进行信号的授受即可。 [0030] 诊断信号输出部20具有第1输出部21和第2输出部22。如图2所示那样，第1输出部21具有p沟道MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)场效应晶体管(以下仅称作pMOS晶体管)M1和n沟道MOS场效应晶体管(以下仅称作nMOS晶体管)M3。在图2所示的结构中，在未对栅极施加信号的状态下，pMOS晶体管M1以及nMOS晶体管M3均是断开(OFF)状态。此外，pMOS晶体管M1与电压监视部30的电阻R1并联连接。 [0031] 第2输出部22具有2个nMOS晶体管M7、M8。通常，nMOS晶体管M7是断开状态，nMOS晶体管M8是接通(ON)状态。此外，nMOS晶体管M8与电压监视部30的电阻R16并联连接，若nMOS晶体管M8接通，则将电阻R16分路(shunt)。即，若nMOS晶体管M8接通，则形成将电阻R16的两端短路的短路路径。因此，若nMOS晶体管M8接通，则不在电阻R16流过电流。以下，将设为形成使电阻R16的两端短路的短路路径从而不在电阻R16流过电流的状态这一事项称作将电阻R16分路。另外，所谓将电阻R16分路，能改称为将电阻R16旁路(bypass)。 [0032] 另外，第1输出部21的电阻R10是nMOS晶体管M3的栅极‑源极间的保护电阻，第2输出部22的电阻R15是nMOS晶体管M7的栅极‑源极间的保护电阻。 [0033] 如图2所示那样，在电源Vcc1与GND电位之间将4个电阻R1、R17、R6、R16按该顺序串联连接，来构成电压监视部30。在靠近电源Vcc1一侧配置电阻R1，在靠近GND电位一侧配置电阻R16。电阻R6与电阻R17的连接点与电压比较部50的一个输入端子即IN+端子连接。即，以GND电位为基准的电阻R6与电阻R17的连接点的电压是电压监视部30的输出信号Vmon。另外，所谓“GND”，是指“接地”。即，所谓GND电位，是指接地电位。 [0034] 在第1输出部21中，nMOS晶体管M3的漏极经由电阻R11与pMOS晶体管M1的栅极连接。pMOS晶体管M1的源极与电源Vcc1(电压：5V固定)连接。若将第1诊断脉冲信号Pd1经由稳定化电阻R8输入到nMOS晶体管M3的栅极，则nMOS晶体管M3接通。与nMOS晶体管M3的漏极连接的电源Vcc1与GND电位之间经由串联连接的电阻R5、电阻R11和nMOS晶体管M3的内部电阻而成为导通状态。另一方面，电阻R5与电阻R11的连接点的电位从5V降低，pMOS晶体管M1的栅极电位比源极电位更降低。其结果，pMOS晶体管M1接通。另外，nMOS晶体管M3的源极的电位是GND电位。即，nMOS晶体管M3的源极接地。 [0035] 如以上说明的那样，若对第1输出部21的nMOS晶体管M3的栅极输入第1诊断脉冲信号Pd1，则pMOS晶体管M1接通，在电源Vcc1与电阻R17之间形成绕过电阻R1的电流路径，不在电阻R1流过电流。其结果，电阻R6与电阻R17的连接点的电压被调制。即，第1输出部21构成为能接受第1诊断脉冲信号Pd1来调制电压监视部30的输出信号Vmon。另外，以下，将设为在电源Vcc1与电阻R17之间形成绕过电阻R1的电流路径从而不在电阻R1流过电流的状态这一事项称作将电阻R1分路。另外，所谓将电阻R1分路，能改称为将电阻R1旁路。 [0036] 在第2输出部22中，nMOS晶体管M7的漏极经由电阻R19与nMOS晶体管M8的栅极连接。此外，对nMOS晶体管M8的栅极始终经由保护电阻R18施加电源Vcc1的输出电压(＝5V)。此外，nMOS晶体管M7的源极的电位以及nMOS晶体管M8的源极的电位均是GND电位。即，nMOS晶体管M7的源极以及nMOS晶体管M8的源极均接地。若第2诊断脉冲信号Pd2经由稳定化电阻R14输入到nMOS晶体管M7的栅极，则nMOS晶体管M7接通。连接于nMOS晶体管M8的漏极的电源Vcc1与GND电位之间经由串联连接的电阻R18、电阻R19和nMOS晶体管M7的内部电阻而成为导通状态。其结果，连接于电阻R18与电阻R19的连接点的nMOS晶体管M8的栅极电位从5V降低，nMOS晶体管M8断开。 [0037] 如以上说明的那样，若对第2输出部22的nMOS晶体管M7的栅极输入第2诊断脉冲信号Pd2，则nMOS晶体管M8就断开。其结果，在电压监视部30中，将使电阻R16的两端短路的短路路径消除，从而在电阻R16流过电流。由此，电阻R6与电阻R17的连接点的电压被调制。即，第2输出部22构成为能接受第2诊断脉冲信号Pd2来调制电压监视部30的输出信号Vmon。另外，以下，将设为消除使电阻R16的两端短路的短路路径从而在电阻R16流过电流的状态这一事项称作解除电阻R16的分路。另外，在将电阻R16分路的状态下，nMOS晶体管M8成为短路路径(旁路)，因此，所谓解除电阻R16的分路，能改称为解除电阻R16的旁路。 [0038] 另外，输出5V的固定电压的电源Vcc1在过电压保护电路100的内部共同使用。此外，电源Vcc1的输出电压容许给定的变动偏差。在本实施方式中，电源Vcc1的输出电压能在4.869V到5.212V的范围变动。另外，在以后的说明中，有时将Vcc1称作第1电源Vcc1。 [0039] 另外，第1输出部21以及第2输出部22的电路结构并不特别限定于图2所示的结构。在输入了第1诊断脉冲信号Pd1的情况下，第1输出部21进行动作，以使得将电压监视部30的电阻R1分路即可。此外，在输入了第2诊断脉冲信号Pd2的情况下，第2输出部22进行动作，以使得解除电压监视部30的电阻R16的分路即可。 [0040] 如图2所示那样，基准电压生成部40由3端子的恒电压分路调节器41(德州仪器公司制TL432；以下仅称作分路调节器41)构成。电源Vcc1经由保护电阻R3与分路调节器41的K端子连接。在GND电位连接分路调节器41的A端子。分路调节器41的K端子与分路调节器41的FB端子连接。分路调节器41基于输入到FB端子的K端子的电位而进行动作，以使得K端子与A端子之间的电压Vref成为固定值(＝Vr)。另外，在本实施方式中，分路调节器41进行动作，以使得电压Vr成为2.5V±10％。 [0041] 如图2所示那样，电压比较部50由电压比较器51(德州仪器公司制TL1805；以下仅称作比较器51)构成。电压监视部30的输出信号Vmon输入到比较器51的一个输入端子即IN+端子，基准电压生成部40的输出信号Vref(以下称作基准电压信号Vref)输入到比较器51的另一个输入端子即IN‑端子。对应于输出信号Vmon与基准电压信号Vref的大小关系以及差，从比较器51的输出端子即OUT端子输出输出信号Vcmp。另外，如之后叙述的那样，在通常动作时，还包含各信号的大小的偏差在内，设定成输出信号Vmon比基准电压信号Vref小。这时，信号Vcmp为0V。 [0042] 另外，在比较器51的V+端子连接电源Vcc1，对比较器51的内部电路供给驱动电压。V‑端子与GND电位连接。 [0043] 电源开关部60具有第1开关M4和第2开关M2。如图2所示那样，第1开关M4以及第2开关M2都是pMOS晶体管。另外，虽未图示，但第1开关M4以及第2开关M2分别在源极‑漏极间形成有寄生二极管。在从接通状态过渡到断开状态时，在寄生二极管流过电流，分别保护第1开关M4以及第2开关M2不被绝缘击穿。 [0044] 第1开关M4和第2开关M2的源极彼此连接。第1开关M4的漏极与电源Vcc1连接。 [0045] 第2开关M2的漏极与电压保持部80连接。此外，第2开关M2的漏极与电源Vcc2连接。电源Vcc2也可以不是如电源Vcc1那样始终输出固定电压的外部电源。例如，也可以通过对电压保持部80的电容器C1进行充电来构成。在该情况下，电源Vcc2的输出电压的值变动。例如，在过电压保护动作时、内部诊断动作时，电源Vcc2的电压值变动。另外，在以后的说明中，有时将电源Vcc2称作第2电源Vcc2。 [0046] 在第1开关M4的源极与第2开关M2的源极的连接点N1连接诊断信号输入部90和放电部70。以GND电位为基准的连接点N1的电压相当于从电源开关部60输出到诊断信号输入部90的信号Vnod。 [0047] 此外，第1开关M4的栅极和第2开关M2的栅极经由电压比较部50的电阻R12分别与比较器51的OUT端子连接。即，对第1开关M4的栅极和第2开关M2的栅极输入电压比较部50的输出信号Vcmp。 [0048] 如图2所示那样，放电部70由电阻R4和nMOS晶体管M6构成。nMOS晶体管M6的漏极经由电阻R4与电源开关部60的连接点N1连接。nMOS晶体管M6的源极与GND电位连接。nMOS晶体管M6的栅极经由电压比较部50的电阻R12与比较器51的OUT端子连接。即，对nMOS晶体管M6的栅极输入电压比较部50的输出信号Vcmp。若信号Vcmp的大小超过nMOS晶体管M6的阈值电压，则nMOS晶体管M6接通，连接点N1与GND电位之间经由电阻R4和nMOS晶体管M6的内部电阻而成为导通状态。 [0049] 如图2所示那样，电压保持部80由电容器C1构成。另外，与电容器C1并联连接电阻R2。电阻R2以及电容器C1各自的一端与第2开关M2的漏极连接。电阻R2以及电容器C1各自的另一端与GND电位连接。在本实施方式中，电容器C1的两端的电位差相当于电源Vcc2的电压值。 [0050] 如图2所示那样，诊断信号输入部90具有nMOS晶体管M5。nMOS晶体管M5的漏极经由电阻R9与电源Vcc3连接。另外，输入到构成运算部10的CPU的电压通常为3.3V以下。因此，将电源Vcc3的输出电压设定为3.3V，从诊断信号输入部90输出到运算部10的信号的电压值成为3.3V以下。另外，电源Vcc3可以由电源Vcc1构建。例如，可以通过将电源Vcc1的输出电压进行电阻分割来构建电源Vcc3。 [0051] nMOS晶体管M5的源极与GND电位连接。nMOS晶体管M5的栅极经由保护电阻R7与电源开关部60的连接点N1连接。即，对nMOS晶体管M5的栅极输入电源开关部60的输出信号Vnod。此外，nMOS晶体管M5的漏极与电阻R9的连接点经由保护电阻R13与运算部10连接。即，以GND电位为基准的nMOS晶体管M5的漏极与电阻R9的连接点的电压成为诊断信号输入部90的输出信号。在运算部10中基于该输出信号来判断过电压保护电路100的内部有无异常如前述那样。另外，与电阻R13并联连接且一端与GND电位连接的电容器C2设置成用于诊断信号输入部90的输出信号的噪声去除。 [0052] 另外，基准电压生成部40、电压比较部50的电路结构并不特别限定于图2所示的结构。基准电压生成部40只要是能输出具有固定的电压值Vr的基准电压信号Vref的结构即可。此外，电压比较部50只要是如下结构即可：比较基准电压信号Vref和电压监视部30的输出信号Vmon，在它们的差成为给定值以上的情况下，能输出与该差相应的信号Vcmp。 [0053] 关于其他功能块也同样，具体的电路结构并不特别限定于图2所示的结构。 [0054] [关于过电压保护动作] [0055] 图3是表示过电压保护动作时的各信号的变化的时序图。 [0056] 有时在图2所示的电源Vcc1连接过电压保护电路100的内部的电子部件、例如微型计算机(以下称作微机)、IC(集成电路)等电子电路。此外，有时在过电压保护电路100以外的电路连接电源Vcc1。 [0057] 在这些情况下，有时会因电源Vcc1的误动作、故障，从而输出电压从设定值Vc1上升，超过前述的电子电路的额定电压。例如，在电源Vcc1的输入输出短路的情况下，有时输出电压会从5V上升到12V。若引起这样的状况，则与电源Vcc1连接的电子电路就会被击穿。 [0059] 如图3所示那样，在时刻t1之前，电源Vcc1的电压为设定值Vc1(＝5V)。在该情况下，如前述那样，电压监视部30的输出信号Vmon的电压值Vm设定成比基准电压信号Vref的电压值Vr小。因而，电压比较部50的输出信号Vcmp的值成为0V，第1开关M4、第2开关M2都是接通状态。因此，电源开关部60的连接点N1的电位、即电源开关部60的输出信号Vmod的电压值成为与电源Vcc2的电压值Vc2(＝5V)相同的值。 [0060] 另一方面，假设因某些理由，电源Vcc1的电压在时刻t1从Vc1开始上升。在该情况下，电压监视部30的输出信号Vmon同电源Vcc1的电压一起上升。此外，电源Vcc2的电压值以及电源开关部60的连接点N1的电压Vnod也同电源Vcc1的电压一起从电压值Vc2上升。 [0061] 若电源Vcc1的电压值进一步上升，在时刻t2超过Vc11，则输出信号Vmon的电压值就超过基准电压信号Vref的电压值Vr。在该时间点，比较器51进行动作，电压比较部50的输出信号Vcmp从0V急速上升，成为与电源Vcc1的电压相同的电压值。若信号Vcmp的电压值超过第1开关M4以及第2开关M2的阈值电压，则第1开关M4以及第2开关M2分别过渡到断开状态。此外，信号Vcmp的电压值超过放电部70的nMOS晶体管M6的阈值电压，蓄积于电压保持部80的电容器C1的电荷经由nMOS晶体管M6、电阻R4和第2开关M2被抽取到GND电位。因此，电源Vcc2的电压值急剧降低，达到0V。同样地，连接点N1的电压Vnod也急剧降低，达到0V。 [0062] 因此，电源Vcc2的电压值以及电源开关部60的连接点N1的电压Vnod均不超过时刻t2的值。因而，不会对诊断信号输入部90输入超过时刻t2的电源Vcc2的电压值的电压信号。此外，同样地，对运算部10也不会输入超过时刻t2的电源Vcc2的电压值的电压信号。此外，设定比较器51的各参数、电容器的电容值等，以使得时刻t2的电源Vcc2的电压值成为不超过微型计算机、IC等电子电路的额定电压的值。由此一来，不会对与电源Vcc1的后级连接的电路施加超过时刻t2的电源Vcc2的电压值的电压，从而进行过电压保护。 [0063] 另外，若电源Vcc1的电压值转为降低，在时刻t3变得低于电压值Vc11，则按照与前述相反的顺序来解除过电压保护动作。即，输出信号Vmon的电压值低于基准电压信号Vref的电压值Vr，电压比较部50的输出信号Vcmp急速降低，成为0V。第1开关M4以及第2开关M2分别过渡到接通状态。此外，放电部70的nMOS晶体管M6过渡到断开状态。因此，电源Vcc2的电压值从0V急剧上升，达到与电源Vcc1的电压相同的电压值。同样地，连接点N1的电压Vnod也从0V急剧上升，达到与电源Vcc1的电压相同的电压值。若在时刻t4电源Vcc1的电压值达到Vc1并稳定，则电源Vcc1的电压值以及连接点N1的电压Vnod也达到电压值Vc2并稳定。 [0064] [关于内部诊断动作] [0065] 图4A表示通常动作时的诊断信号输出部的动作状态，图4B表示第1诊断时的诊断信号输出部的动作状态，图4C表示第2诊断动作时的诊断信号输出部的动作状态。图5是表示内部诊断动作时的各信号的变化的时序图。另外，在图4A～图4C中，pMOS晶体管M1、nMOS晶体管M8以及分路调节器41以等效电路图示。 [0066] 为了可靠地进行前述的过电压保护动作，需要过电压保护电路100自身诊断是否正常进行动作。因此，图1、图2所示的过电压保护电路100诊断构成内部的功能块的部件、元件是否正常进行动作。以下，说明过电压保护电路100的内部诊断动作。 [0067] 在过电压保护电路100进行通常动作的情况下，如图4A所示那样，在诊断信号输出部20中，第1输出部21的pMOS晶体管M1是断开状态。另一方面，第2输出部22的nMOS晶体管M8是接通状态。由于电源Vcc1的输出电压是5V，因此，电压监视部30的输出信号Vmon的电压值Vm满足式(1)所示的关系。 [0068] Vm＝5×R6/(R1+R17+R6)…(1) [0069] 在此，若设R1＝2.4kΩ、R17＝9.1kΩ、R6＝10kΩ，则Vm1成为2.326V。但实际上，由于nMOS晶体管M8的接通电阻有限，因此，Vm的设定值成为2.344V。另一方面，基准电压信号Vref的电压值Vr为2.5V。因而，如前述那样，电压比较部50的输出信号Vcmp的电压值为0V，电源开关部60的第1开关M4以及第2开关M2均是接通状态。此外，电源开关部60的输出信号Vmod的电压值成为与电源Vcc2的电压值Vc2(＝5V)相同的值。 [0070] 另外，电源Vcc1的输出电压值容许±2.6％程度的偏差。此外，基准电压信号Vref的电压值Vr在使用温度范围内最大容许±1.2％的偏差。在考虑这些偏差的情况下，电阻R1、R17、R6、R16的电阻值偏差按±0.5％程度被容许。 [0071] 另一方面，在第1诊断动作时，从运算部10对诊断信号输出部20输入第1诊断脉冲信号Pd1，如图4B所示那样，将第2输出部22的nMOS晶体管M8保持接通不变，将第1输出部21的pMOS晶体管M1接通。在该情况下，电压监视部30的输出信号Vmon的电压值Vm1满足式(2)所示的关系。 [0072] Vm1＝5×R6/(R17+R6)…(2) [0073] 在此，Vm1成为2.617V。但实际上，由于pMOS晶体管M1以及nMOS晶体管M8均是接通电阻有限，因此，Vm1的设定值成为2.537V。即，如图5所示那样，输出信号Vmon的电压值Vm1超过基准电压信号Vref的电压值Vr。因而，过电压保护电路100成为过电压保护状态。 [0074] 在该情况下，由于放电部70的nMOS晶体管M6接通，因此，如图5所示那样，连接点N1的电压Vnod从Vc2降低到0V。即，由于输入到诊断信号输入部90的信号Vnod降低到0v，因此，诊断信号输入部90的nMOS晶体管M5断开，输入到运算部10的电压值上升。 [0075] 此外，第1诊断脉冲信号Pd1的输入期间T1设定为数μsec程度、例如5μsec。此外，电压保持部80的电容器C1的电容值设定为数十μF程度、例如70μF。 [0076] 从电容器C1以由自身的电容值和电阻R2的电阻值(2.5Ω)决定的放电时间常数抽取电荷。但由于相对于期间T1，该放电时间常数充分大，因此，从电容器C1的电压值、即电源Vcc2的电压值Vc2起的降低幅度ΔV如图5所示那样止于约0.2V程度。即，在第1诊断脉冲信号Pd1的输出中，电源Vcc2的电压值也收于所连接的电路、元件能动作的范围内。 [0077] 此外，在第2诊断动作时，从运算部10对诊断信号输出部20输入第2诊断脉冲信号Pd2，如图4C所示那样，将第2输出部22的nMOS晶体管M8以及第1输出部21的pMOS晶体管M1一起断开。在该情况下，电压监视部30的输出信号Vmon的电压值Vm1满足式(3)所示的关系。 [0078] Vm1＝5×(R6+R16)/(R1+R17+R6+R16)…(3) [0079] 在此，若设R16＝3.3kΩ，则Vm1成为2.681V。但实际上，Vm1的设定值成为2.702V。 [0080] 如图5所示那样，输出信号Vmon的电压值Vm1超过基准电压信号Vref的电压值Vr。因而，过电压保护电路100成为过电压保护状态。 [0081] 此外，由于放电部70的nMOS晶体管M6接通，因此，连接点N1的电压Vnod从Vc2降低到0V。诊断信号输入部90的nMOS晶体管M5断开，输入到运算部10的电压值上升。 [0082] 此外，由于第2诊断脉冲信号Pd2的脉冲宽度T2也是5μsec程度，因此，从电源Vcc2的电压值Vc2起的降低幅度ΔV如图5所示那样止于约0.2V程度。 [0083] 另外，在图5所示的示例中，在内部诊断动作时，连接点N1的电压Vnod降低到0V，但也可以降低到比0V高的值。在连接点N1连接大量元件，根据寄生阻抗的大小，有时直至输出期间T1、T2的结束时间点为止，连接点N1的电压Vnod也不会降低至0V。在该情况下，只要电压Vnod降低至诊断信号输入部90的nMOS晶体管M5成为断开的程度，则诊断信号部的输出信号就被调制。因而，由运算部10判断为内部诊断动作正常进行。 [0084] 在此，考虑在电压监视部30的电阻R1、R17、R6、R16的任一者中有异常的情况。 [0085] 图6是表示电压监视部的内部的各电阻的电阻值范围与过电压保护电路的动作状态以及内部诊断结果的关系的示意图。具体地，图6表示产生了电压监视部30的电阻R1、R17、R6、R16各自的电阻值发生变动的故障的情况下的过电压保护电路100的动作状态以及内部诊断结果。 [0086] 例如，若电阻R1的电阻值比设定值大了超过1.8kΩ，则在第2诊断动作时，电源开关的输出信号Vmod不变化，诊断为在过电压保护电路100的内部有异常。另一方面，若电阻R1的电阻值比设定值小了超过1.5kΩ，则过电压保护电路100成为过电压保护动作状态。 [0087] 若电阻R17的电阻值比设定值大了超过0.9kΩ，则在第1诊断动作时，电源开关的输出信号Vmod不变化，诊断为在过电压保护电路100的内部有异常。若电阻R17的电阻值进一步上升，比设定值大了超过1.8kΩ，则在第1诊断动作时以及第2诊断动作时的任一者中，电源开关的输出信号Vmod都不变化，诊断为在过电压保护电路100的内部有异常。另一方面，若电阻R17的电阻值比设定值小了超过1.5kΩ，则过电压保护电路100成为过电压保护动作状态。 [0088] 若电阻R6的电阻值比设定值小了超过0.9kΩ，则在第1诊断动作时，电源开关的输出信号Vmod不变化，诊断为在过电压保护电路100的内部有异常。若电阻R6的电阻值进一步降低，比设定值小了超过1.8kΩ，则在第1诊断动作时以及第2诊断动作时的任一者中，电源开关的输出信号Vmod都不变化，诊断为在过电压保护电路100的内部有异常。另一方面，若电阻R6的电阻值比设定值大了超过1.5kΩ，则过电压保护电路100就成为过电压保护动作状态。 [0089] 若电阻R16的电阻值比设定值小了超过1.8kΩ，则在第1诊断动作时，电源开关的输出信号Vmod不变化，诊断为在过电压保护电路100的内部有异常。 [0090] 另外，若电阻R1、R17、R6、R16各自的电阻值的变动范围为固定值以下，则虽然信号Vnod的电压值发生变动，但过电压保护电路100不会转移到过电压保护动作状态。此外，在内部诊断动作时也没有检测出异常。 [0091] 另一方面，若电阻R1、R17、R6、R16各自的电阻值的变动范围超过固定值，则如前述那样，过电压保护电路100成为过电压保护动作状态，或者在内部诊断动作时检测出异常。因而，即使在电压监视部30中发生故障，也能避免过电压保护电路100以及与其后级连接的电路成为危险的状态。 [0092] 此外，运算部10能基于第1诊断时和第2诊断时各自的诊断结果、进而基于过电压保护电路100是否成为过电压保护状态，来判断在电压监视部30的电阻R1、R17、R6、R16的哪一者产生了异常。换言之，能检测电压监视部30的内部的单一故障，并确定其部位。 [0093] 此外，在基准电压生成部40、电压比较部50、诊断信号输出部20的pMOS晶体管M1、nMOS晶体管M8中有某些异常的情况下，过电压保护电路100也不正常进行动作。或者，在内部诊断动作时，电源开关的连接点N1的电压Vnod不降低到诊断信号输入部90的nMOS晶体管M5的阈值以下，诊断信号输入部90的输出信号不变化。运算部10将其读取，判断为在过电压保护电路100的内部有异常。 [0094] 因此，通过对诊断信号输出部20分别以给定的脉冲宽度T1、T2输入2种诊断脉冲信号Pd1、Pd2，能够诊断过电压保护电路100的内部有无异常。具体地，在内部诊断时，通过由运算部10监视诊断信号输入部90的输出信号，能诊断电压监视部30、基准电压生成部40、电压比较部50、诊断信号输出部20有无异常。进而，能诊断各部的内部有无单一故障，并能诊断故障部位。 [0095] [效果等] [0096] 如以上说明的那样，本实施方式所涉及的过电压保护电路100具有内部诊断功能。过电压保护电路100具备运算部10、诊断信号输出部20、电压监视部30、基准电压生成部40和电压比较部50。此外，过电压保护电路100还具备电源开关部60、放电部70、电压保持部80和诊断信号输入部90。 [0097] 运算部10分别输出第1诊断脉冲信号Pd1以及第2诊断脉冲信号Pd2。此外，运算部10基于从诊断信号输入部90输入的信号来判断过电压保护电路100的内部有无异常。 [0098] 诊断信号输出部20具有第1输出部21，其构成为能接受第1诊断脉冲信号Pd1来调制电压监视部30的输出信号Vmon。此外，诊断信号输出部20具有第2输出部22，其构成为能接受第2诊断脉冲信号Pd2来调制电压监视部30的输出信号Vmon。 [0099] 电压监视部30与第1电源Vcc1连接，并且对应于第1输出部21以及第2输出部22各自进行的调制，来输出基于第1电源Vcc1的输出电压的信号Vmon。 [0100] 基准电压生成部40生成具有给定的电压值Vr的基准电压信号Vref。 [0101] 电压比较部50比较基准电压信号Vref和电压监视部30的输出信号Vmon，在电压监视部30的输出信号Vmon比基准电压信号Vref大给定值以上的情况下，输出与电压监视部30的输出信号Vmon相应的电压信号Vcmp。 [0102] 电源开关部60具有第1开关M4和第2开关M2。在第1开关M4与第2开关M2的连接点N1连接放电部70和诊断信号输入部90。 [0103] 在第1开关M4中的与放电部70连接的连接点N1的相反侧的端部、该情况下是第1开关M4的漏极连接有第1电源Vcc1。在第2开关M2中的与放电部70连接的连接点N1的相反侧的端部、该情况下是第2开关M2的漏极连接有电压保持部80和第2电源Vcc2。 [0104] 将电压比较部50的输出信号Vcmp输入到第1开关M4、第2开关M2和放电部70。 [0105] 构成为，在从电压比较部50输出了与电压监视部30的输出信号Vmon相应的电压信号Vcmp的情况下，第1开关M4与第2开关M2的连接点N1的电压Vnod以及第2电源Vcc2的电压降低，过电压保护电路100成为过电压保护动作状态。 [0106] 在从运算部10输出了第1诊断脉冲信号Pd1以及第2诊断脉冲信号Pd2的任一者的情况下，第1开关M4与第2开关M2的连接点N1的电压Vnod降低。另一方面，构成为，第2电源Vcc2的电压的降低幅度ΔV成为第1给定值以下、例如0.2V以下。另外，降低幅度ΔV的范围只要是第2电源Vcc2以及与其后级连接的电路进行动作的程度即可。 [0107] 根据本实施方式，通过利用2种诊断脉冲信号Pd1、Pd2使第1输出部21和第2输出部22分别进行动作，能检测有无在构成电压监视部30的多个电阻R1、R17、R6、R16各自中产生异常。例如，能检测有无在电阻R1、R17、R6、R16各自中产生短路不良、开路不良，此外，能检测有无超过容许范围的电阻值的上升、降低等。即，能检测电压监视部30的内部有无单一故障，并能确定故障部位。同样地，能诊断基准电压生成部40、电压比较部50、诊断信号输出部 20有无异常。此外，能确定各部有无单一故障，并能确定故障部位。 [0108] 特别是，在功能安全标准ISO13849‑1的Cat.4(门类4)应对中，需要考虑电路内的多重故障来算出危险侧故障概率。根据本实施方式的过电压保护电路100，能满足该标准，从而确保与第1电源Vcc1的后级连接的第2电源Vcc2、电路的安全性。 [0109] 进而，根据本实施方式，由直接连接的第1开关M4和第2开关M2构成电源开关部60，将其连接点N1的电压Vnod输入到诊断信号输入部90。此外，能使电压保持部80与第2开关M2的一端连接。 [0110] 由此一来，能基于电压比较部50的输出信号Vcmp使过电压保护电路100成为过电压保护状态。此外，能在过电压保护电路100的内部诊断动作中抑制第2电源Vcc2的电压值的降低幅度ΔV。由此，在过电压保护电路100的内部诊断动作中，能使第2电源Vcc2的输出电压稳定化，能对与第2电源Vcc2的后级连接的电路供给稳定的电压。 [0111] 此外，在过电压保护电路100中，放电部70的一端连接于第1开关M4与第2开关M2的连接点N1，另一方面，放电部70的另一端与GND电位连接。 [0112] 在从电压比较部50输出了与电压监视部30的输出信号Vmon相应的电压信号Vcmp的情况下，第1开关M4和第2开关M2从接通状态过渡到断开状态。进而，通过放电部70进行动作，第1开关M4与第2开关M2的连接点N1的电压Vnod以及第2电源Vcc2的电压降低，第2电源Vcc2被过电压保护。 [0113] 由此一来，能使连接点N1的电压Vnod以及第2电源Vcc2的电压分别可靠地降低，使过电压保护电路100成为过电压保护状态。 [0114] 诊断信号输出部20通过分别接受第1诊断脉冲信号Pd1以及第2诊断脉冲信号Pd2来变更电压监视部30的内部的导通路径，从而对电压监视部30的输出信号Vmon进行调制。 [0115] 构成为，在过电压保护电路100的内部没有异常的情况下，在第1诊断脉冲信号Pd1的输出期间T1以及第2诊断脉冲信号Pd2的输出期间T2各自中，第1开关M4与第2开关M2的连接点N1的电压Vnod成为第2给定值以下。 [0116] 在此，所谓第2给定值，是诊断信号输入部90的nMOS晶体管M5的阈值。换言之，所谓第2给定值，是针对诊断信号输入部90的输入信号的值，是对来自诊断信号输入部90的输出信号进行调制的程度的值。例如，构成为，在过电压保护电路100的内部没有异常的情况下，在第1诊断脉冲信号Pd1的输出期间T1以及第2诊断脉冲信号Pd2的输出期间T2各自中，第1开关M4与第2开关M2的连接点N1的电压Vnod成为0V。 [0117] 构成为，在过电压保护电路100的内部有异常的情况下，在第1诊断脉冲信号Pd1的输出期间T1以及第2诊断脉冲信号Pd2的输出期间T2的任一者或两者中，第1开关M4与第2开关M2的连接点N1的电压Vnod不比第2给定值更降低。例如，构成为，在过电压保护电路100的内部有异常的情况下，在第1诊断脉冲信号Pd1的输出期间T1以及第2诊断脉冲信号Pd2的输出期间T2的任一者或两者中，连接点N1的电压Vnod不降低到0V，或者，不比nMOS晶体管M5的阈值更降低。 [0118] 由此一来，能可靠且简便地检测在过电压保护电路100的内部是否有异常。 [0119] 电压监视部30包含相互串联连接的多个电阻R1、R17、R6、R16。电阻R17与电阻R6的连接点连接于电压比较部50的一个输入端子即IN+端子。基准电压信号Vref输入到电压比较部50的另一个输入端子即IN‑端子。 [0120] 第1输出部21包含作为与电阻R1并联连接的开关的pMOS晶体管M1。第2输出部22包含作为与电阻R16并联连接的开关的nMOS晶体管M8。 [0121] 第1输出部21的pMOS晶体管M1通过被输入第1诊断脉冲Pd1而进行动作，以使得将电阻R1分路。第2输出部22的nMOS晶体管M8通过被输入第2诊断脉冲Pd2而进行动作，以使得解除电阻R16的分路。 [0122] 由此一来，能变更电压监视部30的内部的导通路径，容易地对电压监视部30的输出信号Vmon进行调制。 [0123] 第1开关M4以及第2开关M2分别是p沟道MOS场效应晶体管。电压保持部80由给定的电容值的电容器C1构成。 [0124] 第1开关M4以及第2开关M2的源极彼此连接。第1开关M4的漏极与第1电源Vcc1连接。第2开关M2的漏极与第2电源Vcc2和电容器C1的一端连接。电容器C1的另一端与GND电位连接。 [0125] 由此一来，在将第1开关M4以及第2开关M2分别断开的情况下，放电部70进行动作，第1开关M4与第2开关M2的连接点N1的电压Vnod成为0V。另一方面，第2开关M2的漏极的电压不会因电压保持部80而大幅降低，能够得以维持。由此，能在内部诊断动作中对与第2电源Vcc2的后级连接的电路供给稳定的电压。 [0126] 第1诊断脉冲信号Pd1的输出期间T1以及第2诊断脉冲信号Pd2的输出期间T2分别比与电容器C1的电容值相应的电压保持部80的放电时间常数短。 [0127] 由此一来，能减小内部诊断动作中的第2电源Vcc2的电压值的降低幅度ΔV，能对与第2电源Vcc2的后级连接的电路供给稳定的电压。 [0128] (其他实施方式) [0129] 构成电压监视部30的电阻的根数、各自的电阻值并不特别限定于图2所示的情况。能对应于基准电压信号Vref的电压值Vr、电源Vcc1的输出电压而适当变更。 [0130] 此外，第1输出部21的pMOS晶体管M1可以与构成电压监视部30的电阻当中的多个电阻并联连接。第2输出部22的nMOS晶体管M8可以与构成电压监视部30的电阻当中的多个电阻并联连接。即，也可以，第1输出部21的pMOS晶体管M1与构成电压监视部30的多个电阻当中的一个电阻并联连接，第2输出部22的nMOS晶体管M8与构成电压监视部30的多个电阻当中的一个电阻并联连接。“一个电阻”包含1个或多个电阻，“其他电阻”包含未包含在“一个电阻”中的1个或多个电阻。 [0131] 在该情况下，通过pMOS晶体管M1的接通断开，来将一个电阻分路，或解除分路。通过nMOS晶体管M8的接通断开，来将其他电阻分路，或解除分路。 [0132] 产业上的可利用性 [0133] 本公开的过电压保护电路能检测内部的单一故障，此外，能在内部诊断中对后级的电路稳定地供给电源电压，因此有用。 [0134] 附图标记的说明 [0135] 10 运算部 [0136] 20 诊断信号输出部 [0137] 21 第1输出部 [0138] 22 第2输出部 [0139] 30 电压监视部 [0140] 40 基准电压生成部 [0141] 50 电压比较部 [0142] 60 电源开关部 [0143] M4 第1开关 [0144] M2 第2开关 [0145] 70 放电部 [0146] 80 电压保持部 [0147] 90 诊断信号输入部 [0148] 100 过电压保护电路 [0149] R1～R19 电阻 [0150] Vcc1、Vcc2、Vcc3、V2、V4 电源。 |
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