一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路的制作方法

1.本发明涉及高压集成电路技术领域，特别是一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路。


背景技术：

2.传统的高压集成电路应用时，高、低侧输出端口的信号始终输出为相反电位信号，即当高侧输出端口输出高电平时，低侧输出端口输出为低电平。但在应用调试不当和终端应用电网影响情况下，易发生输入端口为同电平的现象，或外界干扰信号引入时，导致高、低侧输出端口输出均为高电平，即后继的igbt或mos等三极晶体管同时导通，将供电电压直接通过此上下桥臂通道短路到地，即有大电流流过，造成igbt或mos等三极晶体管等后继元件的损坏。
3.为了避免上述问题，后续在高压集成电路内部集成互锁电路，高、低侧输入信号经互锁电路后输送至高、低侧输出端口，再通过高、低侧输出端口驱动智能功率模块以及所搭配的系统。
4.但是，互锁电路在电路中发挥作用时，高压集成电路系统并不会反馈信号，当智能功率模块以及所搭配的系统所接收的驱动信号重叠过多时，易导致输出占空比(高电平脉宽变窄)异常，影响驱动能力，严重时导致系统工作不正常。


技术实现要素：

5.针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，通过互锁信号检测故障状态，从而判断是否关断工作单元，实现外界信号异常的检测及系统的保护。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，包括具有互锁功能的工作单元、故障检测单元和具有计时功能的故障处理单元；所述工作单元的第一输入端和高侧输入端口hin电连接，所述工作单元的第二输入端和低侧输入端口lin电连接，所述工作单元的第一输出端和高侧输出端口ho电连接，所述工作单元的第二输出端和低侧输出端口lo电连接，所述工作单元的第一互锁信号输出端和所述故障检测单元的第一输入端电连接，所述工作单元的第二互锁信号输出端和所述故障检测单元的第二输入端电连接，所述故障检测单元的输出端和故障指示端口il电连接，所述故障检测单元的控制端和所述故障处理单元的输入端电连接，所述故障处理单元的输出端和故障反馈端口fo电连接；
8.所述工作单元用于外接高侧输入信号和低侧输入信号，生成高侧输出信号、低侧输出信号、第一互锁信号和第二互锁信号；仅当所述高侧输入信号和所述低侧输入信号均为高电平时，所述高侧输入信号电平与所述第一互锁信号的电平相同，所述低侧输入信号电平与所述第二互锁信号的电平相同；
9.所述高侧输出信号的电平与所述第一互锁信号的电平相反，所述低侧输出信号的
电平与所述第二互锁信号的电平相反；
10.所述故障检测单元用于接收所述第一互锁信号和所述第二互锁信号，生成故障指示信号和故障处理信号；当所述第一互锁信号和所述第二互锁信号均为高电平时，所述故障处理信号为高电平，并输出所述故障指示信号；
11.所述故障处理单元用于接收所述故障处理信号，生成故障反馈信号；当所述故障处理信号为高电平时，所述故障处理单元开始计时，当所述故障处理单元计时至预设时间阀值后，输出所述故障反馈信号。
12.进一步的，所述故障检测单元包括与门和mos管；所述与门的第一输入端和所述工作单元的第一互锁信号输出端电连接，所述与门的第二输入端和所述工作单元的第二互锁信号输出端电连接，所述与门的输出端、所述mos管的栅极和所述故障处理单元的输入端电连接，所述与门的输出端或所述mos管的栅极作为所述故障检测单元的控制端，所述mos管的源极接地，所述mos管的漏极为故障指示端口il；
13.所述与门用于对所述第一互锁信号和所述第二互锁信号进行判断，生成所述故障处理信号；当所述故障处理信号为高电平时，所述mos管导通，输出所述故障指示信号。
14.进一步的，所述故障处理单元包括斯密特电路、报错电路和计时电路；所述计时电路的输入端和所述故障检测单元的控制端电连接，所述计时电路的输出端和所述斯密特电路的输入端电连接，所述斯密特电路的输出端和所述报错电路的输入端电连接，所述报错电路的输出端为故障反馈端口fo；
15.所述计时电路用于接收所述故障处理信号，生成启动信号；当所述故障处理信号为高电平时，所述计时电路开始计时；当所述计时电路计时至所述预设时间阀值后，输出所述启动信号；
16.所述斯密特电路用于对所述启动信号进行整形，生成整形启动信号；
17.所述报错电路用于接收所述整形启动信号，生成所述故障反馈信号。
18.进一步的，所述计时电路包括第一电阻、第二电阻和电容；所述第一电阻的一端和所述故障检测单元的控制端电连接，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端、所述电容的正极和所述斯密特电路的输入端电连接，所述第二电阻的另一端和所述电容的负极均接地。
19.进一步的，所述工作单元包括互锁电路、输入信号处理电路和输出信号处理电路；所述输入信号处理电路的第一输入端和所述高侧输入端口hin电连接，所述输入信号处理电路的第一输入端作为所述工作单元的第一输入端，所述输入信号处理电路的第二输入端和所述低侧输入端口lin电连接，所述输入信号处理电路的第二输入端作为所述工作单元的第二输入端，所述输入信号处理电路的第一输出端和所述互锁电路的第一输入端电连接，所述输入信号处理电路的第二输出端和所述互锁电路的第二输入端电连接，所述互锁电路的第一输出端和所述输出信号处理电路的第一输入端电连接，所述互锁电路的第一互锁信号输出端和所述故障检测单元的第一输入端电连接，所述互锁电路的第一互锁信号输出端作为所述工作单元的第一互锁信号输出端，所述互锁电路的第二输出端和所述输出信号处理电路的第二输入端电连接，所述互锁电路的第二互锁信号输出端和所述故障检测单元的第二输入端电连接，所述互锁电路的第二输出端作为所述工作单元的第二互锁信号输出端，所述输出信号处理电路的第一输出端和所述高侧输出端口ho电连接，所述输出信号
处理电路的第一输出端作为所述工作单元的第一输出端，所述输出信号处理电路的第二输出端和所述低侧输出端口lo电连接，所述输出信号处理电路的第二输出端作为所述工作单元的第二输出端；
20.所述输入信号处理电路用于对外接的所述高侧输入信号和所述低侧输入信号进行防静电处理；
21.所述互锁电路用于对所述高侧输入信号和所述低侧输入信号进行判断，生成所述高侧输出信号、所述低侧输出信号、所述第一互锁信号和所述第二互锁信号；
22.所述输出信号处理电路用于对所述高侧输出信号和所述低侧输出信号进行整形滤波。
23.进一步的，所述互锁电路包括信号纠正模块、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第一非门、第二非门、第三非门和第四非门；所述输入信号处理电路的第一输出端、所述第三与非门的第一输入端和所述第一非门的输入端电连接，所述第三与非门的第一输入端或所述第一非门的输入端作为所述互锁电路的第一输入端，所述第一非门的输出端和所述第二非门的输入端电连接，所述第二非门的输出端和所述第一与非门的第一输入端电连接，所述第一与非门的输出端和所述信号纠正模块的第一输入端电连接，所述第一与非门的输出端作为所述互锁电路的第一互锁信号输出端，所述信号纠正模块的第一输出端和所述输出信号处理电路的第一输入端电连接，所述信号纠正模块的第一输出端作为所述互锁电路的第一输出端，所述输入信号处理电路的第二输出端、所述第三与非门的第二输入端和所述第三非门的输入端电连接，所述第三与非门的第二输入端或所述第三非门的输入端作为所述互锁电路的第二输入端，所述第三非门的输出端和所述第四非门的输入端电连接，所述第四非门的输出端和所述第二与非门的第二输入端电连接，所述第二与非门的输出端和所述信号纠正模块的第二输入端电连接，所述第二与非门的输出端作为所述互锁电路的第二互锁信号输出端，所述信号纠正模块的第二输出端和所述输出信号处理电路的第二输入端电连接，所述信号纠正模块的第二输出端作为所述互锁电路的第二输出端，所述第三与非门的输出端、所述第一与非门的第二输入端和所述第二与非门的第一输入端电连接；
24.所述纠正模块用于接收所述第一互锁信号和所述第二互锁信号，生成所述高侧输出信号和所述低侧输出信号。
25.进一步的，所述信号纠正模块包括第五非门和第六非门；所述第五非门的输入端和所述第一与非门的输出端电连接，所述第五非门的输入端作为所述信号纠正模块的第一输入端，所述第五非门的输出端和所述输出信号处理电路的第一输入端电连接，所述第五非门的输出端作为所述信号纠正模块的第一输出端；
26.所述第六非门的输入端和所述第二与非门的输出端电连接，所述第六非门的输入端作为所述信号纠正模块的第二输入端，所述第六非门的输出端和所述输出信号处理电路的第二输入端电连接，所述第六非门的输出端作为所述信号纠正模块的第二输出端。
27.进一步的，所述输入信号处理电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三电阻和第四电阻；所述高侧输入端口hin、所述第二二极管的阴极和所述第三电阻的一端电连接，所述第二二极管的阴极或所述第三电阻的一端作为所述输入信号处理电路的第一输入端，所述第二二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极外接电源vcc；
所述第一二极管的阳极、所述第三电阻的另一端和所述互锁电路的第一输入端电连接；
28.所述低侧输入端口lin、所述第四二极管的阴极和所述第四电阻的一端电连接，所述第四二极管的阴极或所述第四电阻的一端作为所述输入信号处理电路的第二输入端，所述第四二极管的阳极接地，所述第三二极管的阴极接电源vcc，所述第三二极管的阳极、所述第四电阻的另一端和所述互锁电路的第二输入端电连接。
29.进一步的，所述输出信号处理电路包括第七非门、第八非门、第九非门、第十非门、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管；所述互锁电路的第一输出端和所述第七非门的输入端电连接，所述第七非门的输入端作为所述输出信号处理电路的第一输入端，所述第七非门的输出端和所述第八非门的输入端电连接，所述第八非门的输出端、所述第七二极管的阴极、所述第八二极管的阳极和所述高侧输出端口ho电连接，所述第八非门的输出端作为所述输出信号处理电路的第一输出端，所述第八二极管的阴极接电源vcc，所述第七二极管的阳极接地；
30.所述互锁电路的第二输出端和所述第九非门的输入端电连接，所述第九非门的输入端作为所述输出信号处理电路的第二输入端，所述第九非门的输出端和所述第十非门的输入端电连接，所述第十非门的输出端、所述第五二极管的阴极、所述第六二极管的阳极和所述低侧输出端口lo电连接，所述第十非门的输出端作为所述输出信号处理电路的第二输出端，所述第六二极管的阴极接电源vcc，所述第五二极管的阳极接地。
31.本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过具有互锁功能的工作单元可对高侧输入端口hin和低侧输入端口lin的高侧输入信号和低侧输入信号进行检测，出现输入端同时为高电平故障时，工作单元触发互锁功能，锁定高侧输出信号和低侧输出信号均为低电平，避免高侧输出端口ho和低侧输出端口lo后续所接的功率器件损坏；在此同时，将第一互锁信号和第二互锁信号作为故障检测信号传输至故障检测单元，故障检测单元发出故障指示信号至故障指示端口il，提醒工作人员，并向具有计时功能的故障处理单元发出故障处理信号，供故障处理单元通过计时判断是否为永久性故障，如是，则发出故障反馈信号至故障反馈端口fo，关断故障反馈端口fo后续所接智能功率模块以及所搭配的系统，避免系统工作不正常，提高系统的可靠性，加强了对外界信号异常的检测能力及系统的保护机制。
附图说明
32.图1是本发明的其中一个实施例的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路的电路图。
33.其中：工作单元100，故障检测单元200，故障处理单元300，与门015，mos管016，斯密特电路020，报错电路021，计时电路400，第一电阻017，第二电阻018，电容019，互锁电路500，输入信号处理电路600，输出信号处理电路700，纠正模块800，第一与非门002，第二与非门003，第三与非门004，第一非门005，第二非门006，第三非门007，第四非门008，第五非门009，第六非门010，第一二极管026，第二二极管028，第三二极管030，第四二极管032，第三电阻027，第四电阻031，第七非门011，第八非门012，第九非门013，第十非门014，第五二极管022，第六二极管023，第七二极管024，第八二极管025。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.在本发明的实施方式的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。
37.下面结合图1，描述本发明实施例的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路。
38.一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，包括具有互锁功能的工作单元100、故障检测单元200和具有计时功能的故障处理单元300；工作单元100的第一输入端和高侧输入端口hin电连接，工作单元100的第二输入端和低侧输入端口lin电连接，工作单元100的第一输出端和高侧输出端口ho电连接，工作单元100的第二输出端和低侧输出端口lo电连接，工作单元100的第一互锁信号输出端和故障检测单元200的第一输入端电连接，工作单元100的第二互锁信号输出端和故障检测单元200的第二输入端电连接，故障检测单元200的输出端和故障指示端口il电连接，故障检测单元200的控制端和故障处理单元300的输入端电连接，故障处理单元300的输出端和故障反馈端口fo电连接；
39.工作单元100用于外接高侧输入信号和低侧输入信号，生成高侧输出信号、低侧输出信号、第一互锁信号和第二互锁信号；仅当高侧输入信号和低侧输入信号均为高电平时，高侧输入信号电平与第一互锁信号的电平相同，低侧输入信号电平与第二互锁信号的电平相同；
40.高侧输出信号的电平与第一互锁信号的电平相反，低侧输出信号的电平与第二互锁信号的电平相反；
41.故障检测单元200用于接收第一互锁信号和第二互锁信号，生成故障指示信号和故障处理信号；当第一互锁信号和第二互锁信号均为高电平时，故障处理信号为高电平，并输出故障指示信号；
42.故障处理单元300用于接收故障处理信号，生成故障反馈信号；当故障处理信号为高电平时，故障处理单元300开始计时，当故障处理单元300计时至预设时间阀值后，输出故障反馈信号。
43.本发明提出的其中一种实施例如图1所示，当工作单元100处于正常工作状态时，其高侧输出端口ho和低侧输出端口lo分别输出的高侧输出信号和低侧输出信号取决于高侧输入端口hin和低侧输入端口lin分别所接收的高侧输入信号和低侧输入信号，此时的高侧输出信号和低侧输出信号是分别与高侧输入信号和低侧输入信号的电平相同；仅当高侧
输入信号和低侧输入信号均为高电平时，由于高侧输出信号的电平与第一互锁信号的电平始终相反，低侧输出信号的电平与第二互锁信号的电平始终相反，工作单元100触发互锁功能，通过将第一互锁信号和第二互锁信号的电平锁定为与高侧输入信号和低侧输入信号的电平相同，从而使高、低侧输出信号均为低电平，使高侧输出端口ho和低侧输出端口lo所外接的元件不导通，避免元器件损坏。
44.综上所述，各种信号的电平可用表1表示：
[0045][0046]
表1
[0047]
其中：表1中“1”为高电平，“0”为低电平。
[0048]
因此，当高侧输入信号和低侧输入信号均为高电平时，第一互锁信号和第二互锁信号也均为高电平，此时工作单元100即为输入端同时为高电平的故障状态，工作单元100进行互锁，停止输出高侧输出端口ho和低侧输出端口lo所外接元件导通的使能信号；所以将第一互锁信号和第二互锁信号作为故障检测信号，传输给故障检测单元200，故障检测单元200接收到的第一互锁信号和第二互锁信号均为高电平时，将生成故障指示信号和故障处理信号，且均为高电平；其中高电平的故障指示信号可从故障指示端口il输出，提示此时的电路处于输入端同时为高电平故障状态，而高电平的故障处理信号则传输至故障处理单元300；故障处理单元300接收到的故障处理信号为高电平时，将会开始计时，到达预设时间阀值后，才会从故障反馈端口fo输出故障反馈信号，确保此时的故障状态不是暂时故障，进而切断工作单元100所接收的所有输入信号，关断工作单元100，避免输出至智能功率模块以及所搭配的系统所接收的驱动信号重叠过多，导致输出占空比(高电平脉宽变窄)异常，影响智能功率模块以及所搭配的系统的驱动能力，导致系统工作不正常，提高了系统的可靠性。
[0049]
综上所述，电路主要是通过具有互锁功能的工作单元100可对高侧输入端口hin和低侧输入端口lin的高侧输入信号和低侧输入信号进行检测，出现输入端同时为高电平故障时，工作单元100触发互锁功能，锁定高侧输出信号和低侧输出信号均为低电平，避免高侧输出端口ho和低侧输出端口lo后续所接的功率器件损坏；在此同时，将第一互锁信号和第二互锁信号作为故障检测信号传输至故障检测单元200，故障检测单元200发出故障指示信号至故障指示端口il，提醒工作人员，并向具有计时功能的故障处理单元300发出故障处理信号，供故障处理单元300通过计时判断是否为永久性故障，如是，则发出故障反馈信号
至故障反馈端口fo，关断故障反馈端口fo后续所接的智能功率模块以及所搭配的系统，避免系统工作不正常，提高系统的可靠性，加强了对外界信号异常的检测能力及系统的保护机制。
[0050]
进一步的，故障检测单元200包括与门015和mos管016；与门015的第一输入端和工作单元100的第一互锁信号输出端电连接，与门015的第二输入端和工作单元100的第二互锁信号输出端电连接，与门015的输出端、mos管016的栅极和故障处理单元300的输入端电连接，与门015的输出端或mos管016的栅极作为故障检测单元200的控制端，mos管016的源极接地，mos管016的漏极为故障指示端口il；
[0051]
与门015用于对第一互锁信号和第二互锁信号进行判断，生成故障处理信号；当故障处理信号为高电平时，mos管016导通，输出故障指示信号。
[0052]
本实施例中，故障检测单元200通过与门015对工作单元100输出的第一互锁信号和第二互锁信号进行判断，只有第一互锁信号和第二互锁信号同时为高电平时，与门015所输出的故障处理信号为高电平，使能故障处理单元300，及导通mos管016，输出故障指示信号，从而通过故障指示信号提示电路出现输入端同时为高电平故障，并使能故障处理单元300开始进行判断，确认此故障是否为暂时性故障并作出进一步处理。需要说明的是，故障指示端口il可外接指示灯，通过故障指示信号将指示灯点亮来提示工作人员电路出现输入端同时为高电平故障。
[0053]
进一步的，故障处理单元300包括斯密特电路020、报错电路021和计时电路400；计时电路400的输入端和故障检测单元200的控制端电连接，计时电路400的输出端和斯密特电路020的输入端电连接，斯密特电路020的输出端和报错电路021的输入端电连接，报错电路021的输出端为故障反馈端口fo；
[0054]
计时电路400用于接收故障处理信号，生成启动信号；当故障处理信号为高电平时，计时电路400开始计时；当计时电路400计时至预设时间阀值后，输出启动信号；
[0055]
斯密特电路020用于对启动信号进行整形，生成整形启动信号；
[0056]
报错电路021用于接收整形启动信号，生成故障反馈信号。
[0057]
本实施例中，故障处理单元300通过计时电路400接收从故障检测单元200传输过来的故障处理信号，当故障处理信号为高电平时，计时电路400才开始进行计时，当计时至预设时间阀值后，才输出启动信号，如果计时没有到达预设时间阀值，故障处理信号为高电平状态会消失，则不输出启动信号，从而通过计时电路400判断故障状态是否为暂时状态，确保电路不会误动作进行故障处理。当斯密特电路020接收到启动信号后，对启动信号进行整形滤波，确保启动信号可以启动报错电路021，提高故障动作的准确性；而当报错电路021接收到整形启动信号后，将整形启动信号转化为可以关断智能功率模块以及所搭配的系统的故障反馈信号，实现停止智能功率模块以及所搭配的系统工作，防止系统工作异常。
[0058]
进一步的，计时电路400包括第一电阻017、第二电阻018和电容019；第一电阻017的一端和故障检测单元200的控制端电连接，第一电阻017的另一端、第二电阻018的一端、电容019的正极和斯密特电路020的输入端电连接，第二电阻018的另一端和电容019的负极均接地。
[0059]
本实施例中，通过第一电阻017和电容019组成rc电路，利用rc电路的充电原理，当故障处理信号为高电平时，rc电路开始充电，电容019的电压随充电升高至一定电压时，即
可触发施密特电路020，触发电压即为启动信号，因此电容019充电至触发电压的时间即为预设时间阀值；且充电时间是由第一电阻017和电容019的大小决定的，因此可通过调整第一电阻017的阻值和电容019的容量来确定预设时间阀值，从而通过预设时间阀值来判断故障状态持续多长时间才可能是永久性故障，进而关停电路对后续所接的智能功率模块以及所搭配的系统以进行保护。
[0060]
进一步的，工作单元100包括互锁电路500、输入信号处理电路600和输出信号处理电路700；输入信号处理电路600的第一输入端和高侧输入端口hin电连接，输入信号处理电路600的第一输入端作为工作单元100的第一输入端，输入信号处理电路600的第二输入端和低侧输入端口lin电连接，输入信号处理电路600的第二输入端作为工作单元100的第二输入端，输入信号处理电路600的第一输出端和互锁电路500的第一输入端电连接，输入信号处理电路600的第二输出端和互锁电路500的第二输入端电连接，互锁电路500的第一输出端和输出信号处理电路700的第一输入端电连接，互锁电路500的第一互锁信号输出端和故障检测单元200的第一输入端电连接，互锁电路500的第一互锁信号输出端作为工作单元100的第一互锁信号输出端，互锁电路500的第二输出端和输出信号处理电路700的第二输入端电连接，互锁电路500的第二互锁信号输出端和故障检测单元200的第二输入端电连接，互锁电路500的第二输出端作为工作单元100的第二互锁信号输出端，输出信号处理电路700的第一输出端和高侧输出端口ho电连接，输出信号处理电路700的第一输出端作为工作单元100的第一输出端，输出信号处理电路700的第二输出端和低侧输出端口lo电连接，输出信号处理电路700的第二输出端作为工作单元100的第二输出端；
[0061]
输入信号处理电路600用于对外接的高侧输入信号和低侧输入信号进行防静电处理；
[0062]
互锁电路500用于对高侧输入信号和低侧输入信号进行判断，生成高侧输出信号、低侧输出信号、第一互锁信号和第二互锁信号；
[0063]
输出信号处理电路700用于对高侧输出信号和低侧输出信号进行整形滤波。
[0064]
本实施例中，工作单元100先通过输入信号处理电路600对外接的高侧输入信号和低侧输入信号进行防静电处理，防止产生的静电对后续所接的功率器件的驱动或寿命造成影响；再将处理后的高侧输入信号和低侧输入信号传输至互锁电路500，互锁电路500经判断后，生成高侧输出信号、低侧输出信号、第一互锁信号和第二互锁信号，如表1所示，仅当高侧输入信号和所述低侧输入信号均为高电平时，高侧输入信号电平与第一互锁信号的电平相同，低侧输入信号电平与第二互锁信号的电平相同，从而实现互锁功能，在出现输入端同时为高电平故障时，使高、低侧输出信号均为低电平，使高侧输出端口ho和低侧输出端口lo所外接的元件不导通，避免元器件损坏。
[0065]
进一步的，互锁电路500包括信号纠正模块800、第一与非门002、第二与非门003、第三与非门004、第一非门005、第二非门006、第三非门007和第四非门008；输入信号处理电路600的第一输出端、第三与非门004的第一输入端和第一非门005的输入端电连接，第三与非门004的第一输入端或第一非门005的输入端作为互锁电路500的第一输入端，第一非门005的输出端和第二非门006的输入端电连接，第二非门006的输出端和第一与非门002的第一输入端电连接，第一与非门002的输出端和信号纠正模块800的第一输入端电连接，第一与非门002的输出端作为互锁电路500的第一互锁信号输出端，信号纠正模块800的第一输
出端和输出信号处理电路700的第一输入端电连接，信号纠正模块800的第一输出端作为互锁电路500的第一输出端，输入信号处理电路600的第二输出端、第三与非门004的第二输入端和第三非门007的输入端电连接，第三与非门004的第二输入端或第三非门007的输入端作为互锁电路500的第二输入端，第三非门007的输出端和第四非门008的输入端电连接，第四非门008的输出端和第二与非门003的第二输入端电连接，第二与非门003的输出端和信号纠正模块800的第二输入端电连接，第二与非门003的输出端作为互锁电路500的第二互锁信号输出端，信号纠正模块800的第二输出端和输出信号处理电路700的第二输入端电连接，信号纠正模块800的第二输出端作为互锁电路500的第二输出端，第三与非门004的输出端、第一与非门002的第二输入端和第二与非门003的第一输入端电连接；
[0066]
纠正模块800用于接收第一互锁信号和第二互锁信号，生成高侧输出信号和低侧输出信号。
[0067]
本实施例中，如表1所示，互锁电路500主要作用是在高、低侧输入信号同时为高电平时，控制高、低侧输出信号同时为低电平，使高侧输出端口ho和低侧输出端口lo所外接的元件不导通，避免元器件损坏。为此，第一与非门002、第二与非门003和第三与非门004组成判断电路，对高、低侧输入信号进行判断，生成第一、第二互锁信号，又因为此时的第一、第二互锁信号分别与高、低侧输出信号的电平相反，不能直接输出用作驱动信号，所以通过纠正模块800对第一、第二互锁信号进行纠正，生成高、低侧输出信号，使得输出的高、低侧输出信号分别与高、低侧输入信号的电平一一对应。需要说明的是，不处于故障状态时，第一、第二互锁信号分别与高、低侧输入信号的电平相反，当处于故障状态时，判断电路实现互锁功能，将第一、第二互锁信号锁定为分别与高、低侧输入信号的电平相同，从而保证高、低侧输出信号均锁定为低电平，使高侧输出端口ho和低侧输出端口lo所外接的元件不导通，避免元器件损坏。
[0068]
进一步的，信号纠正模块800包括第五非门009和第六非门010；第五非门009的输入端和第一与非门002的输出端电连接，第五非门009的输入端作为信号纠正模块800的第一输入端，第五非门009的输出端和输出信号处理电路700的第一输入端电连接，第五非门009的输出端作为信号纠正模块800的第一输出端；
[0069]
第六非门010的输入端和第二与非门003的输出端电连接，第六非门010的输入端作为信号纠正模块800的第二输入端，第六非门010的输出端和输出信号处理电路700的第二输入端电连接，第六非门010的输出端作为信号纠正模块800的第二输出端。
[0070]
本实施例中，如表1所示，经第一与非门002、第二与非门003和第三与非门004组成判断电路进行判断后，第一、第二互锁信号分别与高、低侧输入信号的电平相反，直接输出第一、第二互锁信号会导致驱动信号错误，因此通过第五非门009和第六非门010将第一、第二互锁信号分别纠正为高、低侧输出信号，此时高、低侧输出信号分别与高、低侧输入信号的电平相同，可作为后续所接智能功率模块以及所搭配的系统的驱动信号。且因为高、低侧输出信号由第一、第二互锁信号纠正而来，为此可以通过改变第一、第二互锁信号来改变高、低侧输出信号，从而保证在故障状态时，高侧输出端口ho和低侧输出端口lo所外接的元件不导通，避免元器件损坏。
[0071]
进一步的，输入信号处理电路600包括第一二极管026、第二二极管028、第三二极管030、第四二极管032、第三电阻027和第四电阻031；高侧输入端口hin、第二二极管028的
阴极和第三电阻027的一端电连接，第二二极管028的阴极或第三电阻027的一端作为输入信号处理电路600的第一输入端，第二二极管028的阳极接地，第一二极管026的阴极外接电源vcc；第一二极管026的阳极、第三电阻027的另一端和互锁电路500的第一输入端电连接；
[0072]
低侧输入端口lin、第四二极管032的阴极和第四电阻031的一端电连接，第四二极管032的阴极或第四电阻031的一端作为输入信号处理电路600的第二输入端，第四二极管032的阳极接地，第三二极管030的阴极接电源vcc，第三二极管030的阳极、第四电阻031的另一端和互锁电路500的第二输入端电连接。
[0073]
本实施例中，为防止产生的静电对功率器件的驱动或寿命造成影响，在高侧输入端口hin和互锁电路500的第一输入端之间，设置由第三电阻027、第一二极管026和第二二极管028组成的静电处理电路，以及在低侧输入端口lin和互锁电路500的第二输入端之间，设置由第四电阻031、第三二极管030和第四二极管032组成的静电处理电路。假设电源vcc为15v，高侧输入端口hin和低侧输入端口lin正常电压为0.5-1v，当产生静电时，导致高侧输入端口hin和低侧输入端口lin的电压为15.5v；此时，如果静电为正压，则第一二极管026和第三二极管030导通，静电所产生的电压流向第一二极管026和第三二极管030，如果静电为负压，则第二二极管028和第四二极管032导通，静电所产生的电压流向第二二极管028和第四二极管032，从而避免其对后继的功率器件造成损坏。
[0074]
进一步的，输出信号处理电路700包括第七非门011、第八非门012、第九非门013、第十非门014、第五二极管022、第六二极管023、第七二极管024和第八二极管025；互锁电路500的第一输出端和第七非门011的输入端电连接，第七非门011的输入端作为输出信号处理电路700的第一输入端，第七非门011的输出端和第八非门012的输入端电连接，第八非门012的输出端、第七二极管024的阴极、第八二极管025的阳极和高侧输出端口ho电连接，第八非门012的输出端作为输出信号处理电路700的第一输出端，第八二极管025的阴极接电源vcc，第七二极管024的阳极接地；
[0075]
互锁电路500的第二输出端和第九非门013的输入端电连接，第九非门013的输入端作为输出信号处理电路700的第二输入端，第九非门013的输出端和第十非门014的输入端电连接，第十非门014的输出端、第五二极管022的阴极、第六二极管023的阳极和低侧输出端口lo电连接，第十非门014的输出端作为输出信号处理电路700的第二输出端，第六二极管023的阴极接电源vcc，第五二极管022的阳极接地。
[0076]
本实施例中，从高侧输入端口hin和低侧输入端口lin输入的高侧输入信号和低侧输入信号的波形有杂波导致不方正，因此也导致了高侧输出信号和低侧输出信号的波形同样存在相同的问题，因此高侧输出信号需经过第七非门011和第八非门012，低侧输出信号需经过第九非门013和第十非门014，对信号进行多次反转，得到稳定的驱动信号输出至后续的功率器件。
[0077]
根据本发明实施例的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
[0078]
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0079]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，其特征在于：包括具有互锁功能的工作单元、故障检测单元和具有计时功能的故障处理单元；所述工作单元的第一输入端和高侧输入端口hin电连接，所述工作单元的第二输入端和低侧输入端口lin电连接，所述工作单元的第一输出端和高侧输出端口ho电连接，所述工作单元的第二输出端和低侧输出端口lo电连接，所述工作单元的第一互锁信号输出端和所述故障检测单元的第一输入端电连接，所述工作单元的第二互锁信号输出端和所述故障检测单元的第二输入端电连接，所述故障检测单元的输出端和故障指示端口il电连接，所述故障检测单元的控制端和所述故障处理单元的输入端电连接，所述故障处理单元的输出端和故障反馈端口fo电连接；所述工作单元用于外接高侧输入信号和低侧输入信号，生成高侧输出信号、低侧输出信号、第一互锁信号和第二互锁信号；仅当所述高侧输入信号和所述低侧输入信号均为高电平时，所述高侧输入信号电平与所述第一互锁信号的电平相同，所述低侧输入信号电平与所述第二互锁信号的电平相同；所述高侧输出信号的电平与所述第一互锁信号的电平相反，所述低侧输出信号的电平与所述第二互锁信号的电平相反；所述故障检测单元用于接收所述第一互锁信号和所述第二互锁信号，生成故障指示信号和故障处理信号；当所述第一互锁信号和所述第二互锁信号均为高电平时，所述故障处理信号为高电平，并输出所述故障指示信号；所述故障处理单元用于接收所述故障处理信号，生成故障反馈信号；当所述故障处理信号为高电平时，所述故障处理单元开始计时，当所述故障处理单元计时至预设时间阀值后，输出所述故障反馈信号。2.根据权利要求1所述的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，其特征在于：所述故障检测单元包括与门和mos管；所述与门的第一输入端和所述工作单元的第一互锁信号输出端电连接，所述与门的第二输入端和所述工作单元的第二互锁信号输出端电连接，所述与门的输出端、所述mos管的栅极和所述故障处理单元的输入端电连接，所述与门的输出端或所述mos管的栅极作为所述故障检测单元的控制端，所述mos管的源极接地，所述mos管的漏极为故障指示端口il；所述与门用于对所述第一互锁信号和所述第二互锁信号进行判断，生成所述故障处理信号；当所述故障处理信号为高电平时，所述mos管导通，输出所述故障指示信号。3.根据权利要求1所述的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，其特征在于：所述故障处理单元包括斯密特电路、报错电路和计时电路；所述计时电路的输入端和所述故障检测单元的控制端电连接，所述计时电路的输出端和所述斯密特电路的输入端电连接，所述斯密特电路的输出端和所述报错电路的输入端电连接，所述报错电路的输出端为故障反馈端口fo；所述计时电路用于接收所述故障处理信号，生成启动信号；当所述故障处理信号为高电平时，所述计时电路开始计时；当所述计时电路计时至所述预设时间阀值后，输出所述启动信号；所述斯密特电路用于对所述启动信号进行整形，生成整形启动信号；所述报错电路用于接收所述整形启动信号，生成所述故障反馈信号。4.根据权利要求3所述的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，其特征在
于：所述计时电路包括第一电阻、第二电阻和电容；所述第一电阻的一端和所述故障检测单元的控制端电连接，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端、所述电容的正极和所述斯密特电路的输入端电连接，所述第二电阻的另一端和所述电容的负极均接地。5.根据权利要求1所述的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，其特征在于：所述工作单元包括互锁电路、输入信号处理电路和输出信号处理电路；所述输入信号处理电路的第一输入端和所述高侧输入端口hin电连接，所述输入信号处理电路的第一输入端作为所述工作单元的第一输入端，所述输入信号处理电路的第二输入端和所述低侧输入端口lin电连接，所述输入信号处理电路的第二输入端作为所述工作单元的第二输入端，所述输入信号处理电路的第一输出端和所述互锁电路的第一输入端电连接，所述输入信号处理电路的第二输出端和所述互锁电路的第二输入端电连接，所述互锁电路的第一输出端和所述输出信号处理电路的第一输入端电连接，所述互锁电路的第一互锁信号输出端和所述故障检测单元的第一输入端电连接，所述互锁电路的第一互锁信号输出端作为所述工作单元的第一互锁信号输出端，所述互锁电路的第二输出端和所述输出信号处理电路的第二输入端电连接，所述互锁电路的第二互锁信号输出端和所述故障检测单元的第二输入端电连接，所述互锁电路的第二输出端作为所述工作单元的第二互锁信号输出端，所述输出信号处理电路的第一输出端和所述高侧输出端口ho电连接，所述输出信号处理电路的第一输出端作为所述工作单元的第一输出端，所述输出信号处理电路的第二输出端和所述低侧输出端口lo电连接，所述输出信号处理电路的第二输出端作为所述工作单元的第二输出端；所述输入信号处理电路用于对外接的所述高侧输入信号和所述低侧输入信号进行防静电处理；所述互锁电路用于对所述高侧输入信号和所述低侧输入信号进行判断，生成所述高侧输出信号、所述低侧输出信号、所述第一互锁信号和所述第二互锁信号；所述输出信号处理电路用于对所述高侧输出信号和所述低侧输出信号进行整形滤波。6.根据权利要求5所述的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，其特征在于：所述互锁电路包括信号纠正模块、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第一非门、第二非门、第三非门和第四非门；所述输入信号处理电路的第一输出端、所述第三与非门的第一输入端和所述第一非门的输入端电连接，所述第三与非门的第一输入端或所述第一非门的输入端作为所述互锁电路的第一输入端，所述第一非门的输出端和所述第二非门的输入端电连接，所述第二非门的输出端和所述第一与非门的第一输入端电连接，所述第一与非门的输出端和所述信号纠正模块的第一输入端电连接，所述第一与非门的输出端作为所述互锁电路的第一互锁信号输出端，所述信号纠正模块的第一输出端和所述输出信号处理电路的第一输入端电连接，所述信号纠正模块的第一输出端作为所述互锁电路的第一输出端，所述输入信号处理电路的第二输出端、所述第三与非门的第二输入端和所述第三非门的输入端电连接，所述第三与非门的第二输入端或所述第三非门的输入端作为所述互锁电路的第二输入端，所述第三非门的输出端和所述第四非门的输入端电连接，所述第四非门的输出端和所述第二与非门的第二输入端电连接，所述第二与非门的输出端和所述信号纠正模块的第二输入端电连接，所述第二与非门的输出端作为所述互锁电路的第二互锁信号输出端，所述信号纠正模块的第二输出端和所述输出信号处理电路的第二输入端电连接，所述信号纠正模块的第二输出端作为所述互锁电路的第二输出端，所述第三与非门的输出
端、所述第一与非门的第二输入端和所述第二与非门的第一输入端电连接；所述纠正模块用于接收所述第一互锁信号和所述第二互锁信号，生成所述高侧输出信号和所述低侧输出信号。7.根据权利要求6所述的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，其特征在于：所述信号纠正模块包括第五非门和第六非门；所述第五非门的输入端和所述第一与非门的输出端电连接，所述第五非门的输入端作为所述信号纠正模块的第一输入端，所述第五非门的输出端和所述输出信号处理电路的第一输入端电连接，所述第五非门的输出端作为所述信号纠正模块的第一输出端；所述第六非门的输入端和所述第二与非门的输出端电连接，所述第六非门的输入端作为所述信号纠正模块的第二输入端，所述第六非门的输出端和所述输出信号处理电路的第二输入端电连接，所述第六非门的输出端作为所述信号纠正模块的第二输出端。8.根据权利要求5所述的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，其特征在于：所述输入信号处理电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三电阻和第四电阻；所述高侧输入端口hin、所述第二二极管的阴极和所述第三电阻的一端电连接，所述第二二极管的阴极或所述第三电阻的一端作为所述输入信号处理电路的第一输入端，所述第二二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极外接电源vcc；所述第一二极管的阳极、所述第三电阻的另一端和所述互锁电路的第一输入端电连接；所述低侧输入端口lin、所述第四二极管的阴极和所述第四电阻的一端电连接，所述第四二极管的阴极或所述第四电阻的一端作为所述输入信号处理电路的第二输入端，所述第四二极管的阳极接地，所述第三二极管的阴极接电源vcc，所述第三二极管的阳极、所述第四电阻的另一端和所述互锁电路的第二输入端电连接。9.根据权利要求5所述的一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，其特征在于：所述输出信号处理电路包括第七非门、第八非门、第九非门、第十非门、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第八二极管；所述互锁电路的第一输出端和所述第七非门的输入端电连接，所述第七非门的输入端作为所述输出信号处理电路的第一输入端，所述第七非门的输出端和所述第八非门的输入端电连接，所述第八非门的输出端、所述第七二极管的阴极、所述第八二极管的阳极和所述高侧输出端口ho电连接，所述第八非门的输出端作为所述输出信号处理电路的第一输出端，所述第八二极管的阴极接电源vcc，所述第七二极管的阳极接地；所述互锁电路的第二输出端和所述第九非门的输入端电连接，所述第九非门的输入端作为所述输出信号处理电路的第二输入端，所述第九非门的输出端和所述第十非门的输入端电连接，所述第十非门的输出端、所述第五二极管的阴极、所述第六二极管的阳极和所述低侧输出端口lo电连接，所述第十非门的输出端作为所述输出信号处理电路的第二输出端，所述第六二极管的阴极接电源vcc，所述第五二极管的阳极接地。

技术总结
本发明涉及高压集成电路技术领域，特别是一种输入端同时为高电平的故障检测及保护电路，包括具有互锁功能的工作单元、故障检测单元和具有计时功能的故障处理单元；工作单元用于外接高侧输入信号和低侧输入信号，生成高侧输出信号、低侧输出信号、第一互锁信号和第二互锁信号；故障检测单元用于接收第一互锁信号和第二互锁信号，生成故障指示信号和故障处理信号；故障处理单元用于接收故障处理信号，生成故障反馈信号；当故障处理信号为高电平时，故障处理单元开始计时，当故障处理单元计时至预设时间阀值后，输出故障反馈信号。该电路通过互锁信号检测故障状态，从而判断是否关断工作单元，实现外界信号异常的检测及系统的保护。护。护。


技术研发人员：冯宇翔 左安超 谢荣才 周西军
受保护的技术使用者：广东汇芯半导体有限公司
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/9/13