-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
-
Es gibt die Technik der Diagnose einer Fehlfunktion in einem Kondensator, beispielsweise einen Bypass-Kondensator, der zwischen den Energieversorgungsanschlüssen einer Halbleitervorrichtung angeordnet ist. Diese Technik zur Fehlfunktionsdiagnose in einem Kondensator ist beispielsweise in der
JP 2010-259178 A oder der
JP H10-71926 A beschrieben.
-
Allgemein gesagt, es gibt ein Diagnoseverfahren, das durchgeführt wird, indem eine externe Energieversorgung und eine POR-Schaltung (Power On Reset) in einer Mikrosteuerung einer Halbleitervorrichtung verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine interne Schaltung der Mikrosteuerung gestoppt und die Spannung der externen Energieversorgung wird einen Moment lang abgesenkt. In einem Fall, in welchem der Bypass-Kondensator normal arbeitet, fällt die Innenspannung der Mikrosteuerung nicht unter eine untere Grenzspannung, auch wenn die Energieversorgungsspannung für einen Moment lang abfällt oder unterbrochen wird, da im Bypass-Kondensator eine Ladung gespeichert ist.
-
Wenn andererseits der Bypass-Kondensator fehlerhaft oder anormal ist, sinkt die Innenspannung der Mikrosteuerung unter die untere Grenzspannung, da im Bypass-Kondensator keine Ladungssammlung erfolgt. Wenn die Innenspannung der Mikrosteuerung unter die untere Grenzspannung sinkt, arbeitet die POR-Schaltung in der Mikrosteuerung und erzeugt ein Reset-Signal, so dass die interne Schaltung in einen Reset-Zustand versetzt wird. Auf diese Weise kann die Fehlfunktionsdiagnose des Bypass-Kondensators durch eine Ansteuerung der externen Energieversorgung und der POR-Schaltung in der Halbleitervorrichtung durchgeführt werden.
-
Bei der oben beschriebenen Technik erfolgt jedoch die Fehlfunktionsdiagnose auf der Grundlage des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Reset-Signals an die interne Schaltung. Somit kann die Fehlfunktionsdiagnose nur in einem Zustand durchgeführt werden, in welchem die Mikrosteuerung gestoppt ist.
-
In den letzten Jahren wurde es mit Blick auf die Funktionssicherheit notwendig, eine Fehlfunktion zu erkennen, welche einen kritischen Einfluss auf ein System hat, beispielsweise auf die Energieversorgung und auf eine Taktsteuerung, wobei die Erkennung in Echtzeit zu erfolgen hat. Wenn wie bei der herkömmlichen Technik die Mikrosteuerung gestoppt werden muss, ist es schwierig, die Fehlfunktion des Bypass-Kondensators in Echtzeit zu erkennen.
-
Es ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, welche die Fehlfunktion eines Bypass-Kondensators in Echtzeit ohne Stoppen einer internen Schaltung erkennen kann.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung arbeitet eine Halbleitervorrichtung mit elektrischer Energie oder Leistung, welche von einer Gleichstromenergieversorgung an eine interne Schaltung in einem Zustand geliefert wird, in welchem ein Bypass-Kondensator mit einem Energieversorgungsanschluss verbunden ist. Die Halbleitervorrichtung enthält eine Laststromsteuereinheit und eine Erkennungseinheit. Die Laststromsteuereinheit ändert einen elektrischen Strom, der vom Energieversorgungsanschluss geliefert wird, nur während einer bestimmten Betriebsperiode. Die Erkennungseinheit erkennt eine Spannung am Energieversorgungsanschluss. In einem Fall, bei dem eine obere Schwellenwertgrenze gesetzt ist, gibt die Erkennungseinheit ein Erkennungssignal aus, wenn die Spannung höher als die obere Schwellenwertgrenze ist. In einem Fall, in welchem eine untere Schwellenwertgrenze gesetzt ist, gibt die Erkennungseinheit ein Erkennungssignal aus, wenn die Spannung niedriger als die untere Schwellenwertgrenze ist.
-
Wenn bei der beschriebenen Konfiguration die Laststromsteuereinheit den Strom, der vom Energieversorgungsanschluss geliefert wird, nur während einer bestimmten Betriebsperiode ändert, erkennt die Erkennungseinheit die Spannung am Energieversorgungsanschluss und gibt das Erkennungssignal aus, wenn die Spannung höher als die obere Schwellenwertgrenze ist, wenn der Fall vorliegt, dass die obere Schwellenwertgrenze vorhanden ist, oder wenn die Spannung niedriger als die untere Schwellenwertgrenze ist, wenn der Fall vorliegt, dass die untere Schwellenwertgrenze vorhanden ist.
-
In einem Fall, in welchem der Bypass-Kondensator (ordnungsgemäß) arbeitet, kann auch in einem Fall, bei dem es eine Spannungsschwankung aufgrund einer Zunahme oder Abnahme eines Laststroms gibt, die Spannungsschwankung durch die Ladung ausgeglichen werden, welche im Kondensator gespeichert ist. Daher übersteigt die Spannung am Energieversorgungsanschluss nicht die obere Schwellenwertgrenze oder fällt nicht unter die untere Schwellenwertgrenze. Wenn andererseits der Bypass-Kondensator eine Fehlfunktion hat, kann die Spannungsschwankung, welche durch Zunahme oder Abnahme des Laststroms verursacht wird, nicht ausgeglichen werden. In diesem Fall erkennt die Erkennungseinheit den Zustand, dass die Spannung des Energieversorgungsanschlusses die obere Schwellenwertgrenze übersteigt oder unter die untere Schwellenwertgrenze fällt. Somit kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Fehlfunktion des Bypass-Kondensators auch in einem Zustand diagnostiziert werden, in welchem die interne Schaltung in Betrieb ist.
-
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung.
-
Es zeigt:
-
1 schematisch den elektrischen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
-
2 ein Zeitdiagramm, welches Potenzialänderungen entsprechender Teile in der Halbleitervorrichtung zeigt;
-
3 ein Flussdiagramm eines Diagnoseprogramms, welches von einer internen Schaltung der Halbleitervorrichtung durchgeführt wird;
-
4 schematisch den elektrischen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
5 ein Zeitdiagramm, welches Potenzialänderungen entsprechender Teile in der Halbleitervorrichtung zeigt;
-
6 ein Flussdiagramm eines Diagnoseprogramms, welches von einer internen Schaltung der Halbleitervorrichtung durchgeführt wird;
-
7 schematisch den elektrischen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
-
8 ein Flussdiagramm eines Diagnoseprogramms, welches von einer Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführt wird.
-
<Erste Ausführungsform>
-
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 beschrieben. 1 zeigt einen Schaltungsaufbau, bei dem ein IC-Chip 1 als Halbleitervorrichtung als internen Schaltkreis oder interne Schaltung 2 eine spezielle Schaltung, beispielsweise eine Mikrosteuerung, aufweist. Die interne Schaltung 2 ist aufgebaut aus einer arithmetischen Recheneinheit, beispielsweise einer CPU, als Mikrosteuerung, einer Speichervorrichtung, beispielsweise einem Speicher, und peripheren Vorrichtungen mit unter anderem Timerfunktion und Kommunikationsfunktion.
-
In der vorliegenden Ausführungsform ist die interne Schaltung 2 mit einem Pulsgenerator 2a versehen. Die interne Schaltung 2 wird über einen Energieversorgungsanschluss VD des IC-Chips 1 mit elektrischer Energie versorgt. Der Energieversorgungsanschluss VD ist über einen Widerstand 3 und einen Schalter 4, welche seriell verbunden sind, mit Masse verbindbar. Der Widerstand 3 entspricht einem Impedanzelement und der Schalter 4 entspricht einem Schaltelement. Der Schalter 4 wird von dem Pulsgenerator 2a der internen Schaltung 2 mit einem EIN/AUS-Steuersignal versehen. Der Widerstand 3 und der Schalter 4 bilden eine Laststromerhöhungsschaltung 5. Als Schalter 4 kann beispielsweise ein MOSFET oder dergleichen verwendet werden. Die Laststromerhöhungsschaltung 5 entspricht einer Laststromsteuereinheit.
-
Der Pulsgenerator 2a verwendet beispielsweise die Timerfunktion der internen Schaltung 2. Der Pulsgenerator 2a gibt ein Pulssignal aus, welches mit konstantem Zyklus wiederholt zwischen hohem Pegel und niedrigem Pegel umschaltet. Der Zyklus des Pulssignals und das Schaltverhältnis des Pulssignals auf hohem Pegel kann durch Einstellung des Pulsgenerators 2a gesteuert werden. Der Schalter 4 ist im Zustand EIN, wenn sich das Pulssignal auf hohem Pegel befindet, und verbindet den Energieversorgungsanschluss VD über den Widerstand 3 mit Masse, um einen elektrischen Strom zu ermöglichen. Der Schalter 4 ist im Zustand AUS, wenn das Pulssignal auf niedrigem Pegel ist, und unterbricht den Stromfluss über den Widerstand 3 auf Masse.
-
Der IC-Chip 1 enthält eine Erkennungsschaltung 6 für einen welligen unteren Grenzwert („ripple lower-limit-value”) zur Erkennung der Energieversorgungsspannung. Die Erkennungsschaltung 6 für den welligen unteren Grenzwert ist mit dem Energieversorgungsanschluss VD verbunden. Die Erkennungsschaltung 6 für den welligen unteren Grenzwert arbeitet als eine Erkennungseinheit. Die Erkennungsschaltung 6 für den welligen unteren Grenzwert speichert einen Spannungswert oder Spannungspegel als einen Schwellenwert, der eine untere Grenze definiert (nachfolgend als untere Schwellenwertgrenze bezeichnet). Die Erkennungsschaltung 6 für den welligen unteren Grenzwert gibt ein Erkennungssignal S1 auf hohem Pegel an die interne Schaltung 2 aus, wenn die am Energieversorgungsanschluss VD erkannte Spannung sich unter die untere Schwellenwertgrenze verringert. Hierbei wird der Spannungswert als die untere Schwellenwertgrenze auf einen Spannungswert gesetzt, der höher als ein Spannungswert ist, mit dem der Energie-EIN-Reset betrieben wird, der den Betrieb der internen Schaltung 2 sperrt.
-
Eine DC-Energieversorgung 7 außerhalb des IC-Chips 1 ist mit dem Energieversorgungsanschluss VD verbunden. Die DC-Energieversorgung 7 liefert elektrische Energie an die interne Schaltung 2. Zwischen dem Energieversorgungsanschluss VD und Masse ist ein Bypass-Kondensator 8 geschaltet. Der Bypass-Kondensator 8 hat die Funktion der Stabilisierung der Versorgungsspannung der DC-Energieversorgung 7 und/oder des Entfernens von Hochfrequenzrauschen.
-
Nachfolgend wird anhand der 2 und 3 die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ausführungsform erläutert. Bei der obigen Ausführungsform wird der IC-Chip 1 über den Energieversorgungsanschluss VD von der DC-Energieversorgung 7 mit elektrischer Energie versorgt, und die elektrische Energie wird der internen Schaltung 2 und den anderen, nicht näher dargestellten Schaltungen zugeführt. Selbst wenn hierbei die Spannung der DC-Energieversorgung 7 schwankt oder die Spannung aus anderen Gründen schwankt, gleicht der Bypass-Kondensator 8 diese Schwankungen aus, so dass eine bestimmte Spannung gleich oder höher als die untere Schwellenwertgrenze der internen Schaltung 2 zugeführt wird.
-
Wenn jedoch der Bypass-Kondensator 8 seine Funktion als Kondensator aufgrund einer Leitungsunterbrechung, eines Durchbruchs oder einer sonstigen Fehlfunktion nicht durchführen kann, während die Spannung gemäß obiger Beschreibung schwankt, schwankt auch die der internen Schaltung 2 zugeführte Spannung, und es kann sich die Situation ergeben, dass eine Anomalie im Betrieb auftritt. Wenn die der internen Schaltung 2 zugeführte Spannung unter einen bestimmten Wert absinkt, wird die Energie-EIN-Reset-Funktion aktiviert und der interne Betrieb der internen Schaltung 2 gestoppt. Weiterhin wird der gestoppte Zustand der internen Schaltung 2 beibehalten, bis sich die Energieversorgung wieder erholt hat und eine Spannung gleich oder höher als ein bestimmter Wert der internen Schaltung 2 zugeführt wird.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Betriebsstopp der internen Schaltung 2 aufgrund eines Auftretens der beschriebenen Situation im Betrieb so weit als möglich unterdrückt. Die interne Schaltung 2 führt ein Diagnoseprogramm gemäß dem Flussdiagramm von 3 vorab zu einem geeigneten Zeitpunkt durch und bestimmt, ob bei dem Bypass-Kondensator 8 eine Fehlfunktion vorliegt oder nicht. Wie beispielsweise im Zeitdiagramm von 2 gezeigt, wird in der Periode T1 ein normaler Betrieb durchgeführt und das Diagnoseprogramm wird in der Periode T2 durchgeführt. Nachdem in der Periode T3 wieder ein normaler Betriebszustand vorliegt, wird das Diagnoseprogramm in der Periode T4 erneut durchgeführt. In der Periode T5 wird nach der Periode T4 wieder der normale Betrieb durchgeführt. Es sei angenommen, dass der Zustand des Bypass-Kondensators 8 bis zur Periode T3 normal ist, jedoch irgendwo während der Periode T3 eine Fehlfunktion auftritt, so dass der Bypass-Kondensator 8 in einen Zustand gerät, in welchem er nicht mehr normal arbeitet, beispielsweise in einen offenen Zustand.
-
Die interne Schaltung 2 beginnt das Diagnoseprogramm von 3 und bestimmt zunächst, ob eine Diagnosezeitpunkt vorliegt oder nicht (A1). Die interne Schaltung 2 bestimmt einen vorbestimmten Diagnosezeitpunkt, der vorab festgesetzt worden ist, indem ein Taktsignal gezählt wird oder durch eine andere Maßnahme. Wenn der Diagnosezeitpunkt vorliegt, bestimmt die interne Schaltung 2 „JA” und beginnt den Diagnoseprozess (A2). Im Diagnoseprozess erlaubt die interne Schaltung 2 dem Pulsgenerator 2a, einen Puls zu erzeugen (A3). Folglich wird ein hochpegeliges Signal vom Pulsgenerator 2a an den Schalter ausgegeben und der Schalter 4 geht in den EIN-Zustand.
-
Wenn der Schalter 4 in den EIN-Zustand in einem Zustand geht, in welchem Energie von dem Energieversorgungsanschluss VD der internen Schaltung 2 zugeführt wird, nimmt ein Laststrom vorübergehend über den Widerstand 3 und den Schalter 4 zu. Wenn er zu diesem Zeitpunkt in einem normalen Zustand ist, arbeitet der Bypass-Kondensator 8 und kompensiert in Entsprechung zu dem Anstieg des Laststroms die Abnahme der Stromzufuhrleistung durch die im Bypass-Kondensator 8 gespeicherte Ladung. Daher besteht wenig Wahrscheinlichkeit, dass die Spannung am Energieversorgungsanschluss VD wesentlich abfällt.
-
Wenn nachfolgend die DC-Energieversorgung 7 in einen Zustand gerät, in welchem sie in der Lage ist, den erhöhten Laststrom zu liefern, ist die Energieversorgungsspannung an die interne Schaltung 2 sichergestellt und der Energieversorgungszustand kehrt in einen stabilen Zustand zurück. In diesem Fall erkennt die Erkennungsschaltung 6 für den welligen unteren Grenzwert keine Spannung unter der unteren Schwellenwertgrenze oder dem unteren Grenzschwellenwert und gibt kein Fehlfunktionserkennungssignal mit hohem Pegel aus. Somit bestimmt die interne Schaltung 2 in A4 „NEIN” und beendet das Programm.
-
Wenn jedoch andererseits eine Fehlfunktion, beispielsweise ein Unterbrechungszustand, in dem Bypass-Kondensator 8 während der Periode T3 auftritt, sinkt, wenn der Laststrom vorübergehend ansteigt, die Spannung am Energieversorgungsanschluss VD ab. Da in diesem Fall kein Ladungsausgleich durch den Bypass-Kondensator 8 erfolgen kann, befindet sich die Spannung, die an der internen Schaltung 2 anliegt, in einem Zustand, in welchem ihr Absinken nicht ausgeglichen wird. Wenn somit die Anschlussspannung, die am Energieversorgungsanschluss VD erkannt wird, unter die untere Schwellenwertgrenze sinkt, gibt die Erkennungsschaltung 6 für den welligen unteren Grenzwert das hochpegelige Fehlfunktionserkennungssignal aus. Der Spannungspegel der unteren Schwellenwertgrenze ist höher als der Spannungspegel, bei dem die interne Schaltung 2 in einen Reset-Zustand versetzt wird. Folglich wird die interne Schaltung 2 nicht in den Reset-Zustand versetzt und ist nicht in einem Betriebs-Stopp-Zustand.
-
Da die interne Schaltung 2 das Fehlfunktionserkennungssignal von hohem Pegel in A4 empfängt, erfolgt die Bestimmung „JA”. Dann wird ein Alarm ausgegeben (A5), der die Anomalie des Bypass-Kondensators 8 anzeigt, und das Diagnoseprogramm endet. Folglich wird ein Benutzer vom Auftreten einer Fehlfunktion im Bypass-Kondensator 8 informiert, indem Mitteilungsmittel verwendet werden, beispielsweise eine Geräuscherzeugung oder eine Anzeige, und das System kann in einen Sicherheitszustand versetzt werden.
-
Bei der oben beschriebenen Konfiguration ist der IC-Chip 1 mit der Laststromerhöhungsschaltung 5 versehen und die interne Schaltung 2 führt das Diagnoseprogramm durch. Somit kann eine Fehlfunktion oder ein fehlerhafter Zustand des Bypass-Kondensators 8 diagnostiziert werden, während die interne Schaltung 2 in einem normalen Betriebszustand verbleibt, also die interne Schaltung 2 nicht in einen gestoppten Zustand versetzt werden muss, beispielsweise durch einen Power-On-Reset.
-
Das Diagnoseprogramm wurde als ein Programm beschrieben, welches durch periodische Durchführung eines Unterbrechungsprozesses in einem Zustand durchgeführt wird, in welchem die interne Schaltung 2 den normalen Prozess durchführt. Als anderes Beispiel kann die Ausgestaltung so sein, dass das Diagnoseprogramm unabhängig durchgeführt wird. In einem solchen Fall kann das Programm ausgehend von A1 wiederholt durchgeführt werden, ohne nach dem Abschluss einer Abfolge des Prozesses zu einem Ende zu gelangen.
-
<Zweite Ausführungsform>
-
Die 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform, und nachfolgend werden nur Teile näher beschrieben, die unterschiedlich zur ersten Ausführungsform sind. Bei der zweiten Ausführungsform ist ein IC-Chip 11 von einem Typ, der eine Fehlfunktion im Bypass-Kondensator 8 erkennt, indem vorübergehend der Laststrom verringert wird. Der IC-Chip 11 kann in einem Fall verwendet werden, bei dem beispielsweise die Leistungsfähigkeit der DC-Energieversorgung 7 hoch ist und ein Spannungsabfall durch das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform nicht ohne Weiteres zu erwarten ist. Da bei der zweiten Ausführungsform ein Verfahren verwendet wird, bei dem vorübergehend der Laststrom verringert wird, wird das Diagnoseprogramm durchgeführt, während sich die interne Schaltung 2 in einem Standby-Zustand befindet.
-
4 zeigt die Konfiguration des IC-Chips 11. Der IC-Chip 11 hat eine Erkennungsschaltung 12 für einen welligen oberen Grenzwert („ripple upper-limit-value”) als Erkennungseinheit anstelle der Erkennungsschaltung 6 für den welligen unteren Grenzwert. Der IC-Chip 11 hat auch einen Speicher 13 zur Speicherung eines Fehlfunktionserkennungssignals. Die Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert speichert einen Spannungswert als Schwellenwert, der eine obere Grenze definiert (nachfolgend als obere Schwellenwertgrenze bezeichnet). Die Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert gibt ein Erkennungssignal mit hohem Pegel an die interne Schaltung 2 aus, wenn die erkannte Spannung am Energieversorgungsanschluss VD höher als die obere Schwellenwertgrenze oder der obere Grenzschwellenwert ist. Der Spannungspegel, der die obere Schwellenwertgrenze definiert, wird beispielsweise auf einen Spannungswert gesetzt, der unter einer Überspannung liegt, bei der der Betrieb der internen Schaltung 2 instabil wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform arbeitet die Laststromerhöhungsschaltung 5 als Laststromsteuereinheit so, dass der Laststrom zum Zeitpunkt der Diagnose verringert wird, so dass die Laststromerhöhungsschaltung 5 letztendlich als Laststromverringerungsschaltung arbeitet.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform führt die interne Schaltung 2 einleitend ein Diagnoseprogramm gemäß dem Flussdiagramm von 6 zu einem geeigneten Zeitpunkt durch und bestimmt in dem Standby-Zustand, ob eine Fehlfunktion im Bypass-Kondensator 8 vorliegt oder nicht. Wie im Zeitdiagramm von 5 gezeigt, wird beispielsweise ein normaler Betrieb in der Periode Q1 durchgeführt. In der Periode Q2 geht der Zustand in den Standby-Zustand und der Diagnoseprozess wird durchgeführt. Nach der Periode Q3 mit normalem Zustand geht in der Periode Q4 der Zustand wieder in den Standby-Zustand und der Diagnoseprozess wird durchgeführt. Danach wird in der Periode Q5 wieder der normale Betrieb durchgeführt. Es sei angenommen, dass bis zur Periode Q3 der Zustand des Bypass-Kondensators 8 normal ist und irgendwo in der Periode Q3 eine Fehlfunktion auftritt und der Bypass-Kondensator 8 in einen Zustand gerät, in welchem er nicht mehr normal arbeitet, beispielsweise in einen offenen Zustand.
-
Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieser Konfiguration anhand der 5 und 6 beschrieben. Zunächst führt in der Periode Q1 als einer normalen Periode die interne Schaltung 2 den normalen Betrieb durch und gibt ein Signal mit hohem Pegel vom Pulsgenerator 2a aus, um den Laststrom durch die Laststromerhöhungsschaltung 5 zu erhöhen. In dem Zustand der Periode Q1 treten leichte Schwankungen in der Spannung der DC-Energieversorgung 7 und der Spannung am Energieversorgungsanschluss VD aufgrund des Betriebs der internen Schaltung 2 auf. Da jedoch wie oben beschrieben die Versorgungsleistung durch die DC-Energieversorgung 7 hoch ist und der Bypass-Kondensator 8 normal arbeitet, ist die Welligkeit der Spannungsschwankung gering.
-
In der normalen Periode Q1 beginnt die interne Schaltung 2 das Diagnoseprogramm von 6 und bestimmt zunächst, ob ein Standby-Zeitpunkt vorliegt oder nicht (B1). Wenn die Bestimmung in B1 „JA” ist, erlaubt die interne Schaltung dem Pulsgenerator 2a die Ausgabe eines niedrigpegeligen Signals, um den Schalter 4 auszuschalten, damit in den Standby-Zustand übergegangen wird (B2). Danach führt die interne Schaltung 2 den Standby-Prozess durch und geht in den Standby-Zustand (B3). Dieser Zustand entspricht der Standby-Periode Q2, innerhalb der die interne Schaltung 2 im Standby-Zustand ist.
-
Da in der Standby-Periode Q2 der Schalter 4 durch die interne Schaltung 2 in den Zustand AUS versetzt ist, nimmt der Laststrom erheblich ab. Der Abnahme der Laststroms entsprechend tritt ein Spannungsanstieg in der DC-Energieversorgung 7 und am Energieversorgungsanschluss VD auf. Während der Periode Q2 arbeitet jedoch der Bypass-Kondensator 8 normal. Daher übersteigt die von der Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert erkannte Spannung nicht die obere Schwellenwertgrenze, und das Fehlfunktionserkennungssignal, das ausgegeben wird, verbleibt auf niedrigem Pegel, was einen normalen Wert anzeigt.
-
Für den Fall, dass das Fehlfunktionserkennungssignal ein niedrigpegeliges Signal im Standby-Zustand ist, wie oben beschrieben, wird das Fehlfunktionserkennungssignal von hohem Pegel nicht im Speicher 13 gespeichert. Wenn daher die interne Schaltung 2 danach das Diagnoseprogramm durchführt und der Zeitpunkt nicht der Standby-Zeitpunkt ist (NEIN in B1), wird der normale Prozess durchgeführt (B4). Die interne Schaltung 2 liest die Daten aus dem Speicher 13 (B5). Für den Fall, dass es kein Fehlfunktionserkennungssignal von hohem Pegel gibt, bestimmt die interne Schaltung 2 in B5 „NEIN” und beendet das Programm.
-
Nachfolgend sei der Fall angenommen, dass eine Fehlfunktion aufgrund einer Leitungsunterbrechung oder dergleichen im Bypass-Kondensator 8 während der Periode Q3 im normalen Zustand erfolgt. In einem Zustand, bei dem eine Fehlfunktion im Bypass-Kondensator 8 auftritt, wenn die interne Schaltung 2 das Diagnoseprogramm durchführt und der Zeitpunkt der Standby-Zeitpunkt wird (JA in B1), gestattet die interne Schaltung 2 dem Pulsgenerator 2a, das niedrigpegelige Signal auszugeben, um den Schalter 4 auszuschalten (B2). Danach führt die interne Schaltung 2 den Standby-Prozess durch und geht in den Standby-Zustand (B3).
-
Im IC-Chip 11 nimmt der Laststrom erheblich ab, da der Schalter 4 ausgeschaltet ist. Aufgrund der Änderung tritt auf ähnliche Weise wie oben ein Anstieg der Spannung in der DC-Energieversorgung 7 und am Energieversorgungsanschluss VD auf. In diesem Fall wirkt jedoch eine Spannungsglättungsfunktion durch den Bypass-Kondensator 8 nicht. Daher übersteigt die wellige Spannung oder Brummspannung die obere Schwellenwertgrenze der Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert, und ein hochpegeliges Signal, welches einen Fehlfunktionszustand anzeigt, wird als Fehlfunktionserkennungssignal ausgegeben. Das hochpegelige Signal, welches den Fehlfunktionszustand anzeigt, wird im Speicher 13 als Fehlfunktionserkennungssignal gespeichert.
-
Wenn danach die interne Schaltung 2 das Diagnoseprogramm durchführt und der Zeitpunkt nicht der Standby-Zeitpunkt ist (NEIN in B1), wird der normale Prozess durchgeführt (B4). Die interne Schaltung 2 liest die Daten aus dem Speicher 13 (B5). Da es das Fehlfunktionserkennungssignal ist, macht die interne Schaltung 2 in B6 die Bestimmung „JA” und zeigt einen Alarm an, der die Anomalie des Bypass-Kondensators 8 angibt (B7). Damit kann das System in einen Sicherheitszustand versetzt werden.
-
In oben beschriebener Konfiguration ist der IC-Chip 11 mit der Laststromerhöhungsschaltung 5 ausgestattet und die interne Schaltung 2 führt das Diagnoseprogramm durch. Die interne Schaltung 2 kann den Fehlfunktionszustand des Bypass-Kondensators 8 unter Verwendung des Standby-Zustands diagnostizieren.
-
In der voranstehenden Ausführungsform kann ein wesentlich verringerter Zustand des Laststroms auch dadurch geschaffen werden, indem der Strom unmittelbar vor der Erkennung erhöht wird, anstatt dass der Schalter 4 so gesteuert wird, dass er zum normalen Zeitpunkt stets EIN ist.
-
<Dritte Ausführungsform>
-
Die 7 und 8 zeigen eine dritte Ausführungsform, und nachfolgend werden im Wesentlichen nur diejenigen Teile beschrieben, die unterschiedlich zur zweiten Ausführungsform sind. Bei der dritten Ausführungsform führt der IC-Chip 21 das Diagnoseprogramm nicht durch. Stattdessen wird ein Fehlfunktionszustand des Bypass-Kondensators 8, der mit dem IC-Chip 21 verbunden ist, durch eine Steuervorrichtung 22 diagnostiziert, welche außerhalb des IC-Chips 21 liegt. Bei der dritten Ausführungsform wird auf ähnliche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform die Diagnoseverarbeitung im Standby-Zustand durchgeführt.
-
Wie in 7 gezeigt, führt, obgleich der IC-Chip 21 die interne Schaltung 2 hat, die interne Schaltung 2 das Diagnoseprogramm nicht durch. Da der Vorgang einer erheblichen Verringerung des Laststroms durchgeführt wird, um einen Fehlfunktionszustand des Bypass-Kondensators 8 zu erkennen, wird der Schalter 4 so gesteuert, dass er im normalen Zustand EIN ist und im Standby-Zustand AUS. Die Spannung am Energieversorgungsanschluss VD, welche einer Änderung des Laststroms folgend zum Standby-Zeitpunkt schwankt, wird von der Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert erkannt.
-
Die Steuervorrichtung 22, welche die Diagnoseverarbeitung am IC-Chip 21 durchführt, wird von einem IC-Chip oder dergleichen mit einem Mikrocomputer etc. außerhalb des IC-Chips 21 gebildet. Die Steuervorrichtung 22 ist so angeschlossen, dass sie das Fehlfunktionserkennungssignal von der Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert empfängt, und ist mit dem Pulsgenerator 2a der internen Schaltung 2 verbunden, um eine EIN/AUS-Steuerung des Schalters 4 durchzuführen. Die Steuervorrichtung 22 speichert das Diagnoseprogramm von 8 und führt die Diagnoseverarbeitung durch, die noch beschrieben wird.
-
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der obigen Konfiguration unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Während einer normalen Periode führt die interne Schaltung 2 einen normalen Prozess durch und gestattet dem Pulsgenerator 2a, ein hochpegeliges Signal auszugeben, um den Laststrom durch die Laststromerhöhungsschaltung 5 zu erhöhen. Im normalen Zustand treten schwache Schwankungen der Spannung von der DC-Energieversorgung 7 und damit der Spannung am Energieversorgungsanschluss VD aufgrund der Arbeitsweise der internen Schaltung 2 auf. Wie jedoch oben beschrieben, ist die Welligkeit der Spannungsschwankung gering, da die DC-Energieversorgung 7 eine hohe Leistungsfähigkeit hat und der Bypass-Kondensator 8 normal arbeitet.
-
Nachfolgend wird der Fall beschrieben, bei dem die Diagnoseverarbeitung durchgeführt wird. Die Steuervorrichtung 22 beginnt das Diagnoseprogramm von 8 und bestimmt zunächst, ob der Standby-Zeitpunkt vorliegt oder nicht (C1). Wenn die interne Schaltung 2 sich im Standby-Zeitpunkt befindet (JA in C1), wird die interne Schaltung 2 in den Standby-Zustand versetzt. In diesem Fall überträgt die Steuervorrichtung 22 ein Steuersignal an die interne Schaltung 2 und gestattet es dem Pulsgenerator 2a, das niedrigpegelige Signal zum Ausschalten des Schalters 4 auszugeben (C2). In diesem Zustand führt die interne Schaltung 2 den Standby-Prozess durch und geht in den Standby-Zustand, und die Periode wird die Standby-Periode.
-
In der Standby-Periode Q2 auf eine Weise ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform der Schalter 4 von der internen Schaltung 2 in den Zustand AUS gebracht, so dass der Laststrom erheblich abfällt. Dem Abfall des Laststroms folgend tritt ein Spannungsanstieg in der DC-Energieversorgung 7 und am Energieversorgungsanschluss VD auf. Wenn der Bypass-Kondensator 8 normal arbeitet, übersteigt die von der Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert erkannte Spannung nicht die obere Schwellenwertgrenze, und das Fehlfunktionserkennungssignal, das ausgegeben wird, bleibt auf niedrigem Pegel, was einen normalen Wert anzeigt. Da somit die Steuervorrichtung 22 das Fehlfunktionserkennungssignal nicht von der Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert erhält, macht die Steuervorrichtung 22 in C3 die Bestimmung „NEIN” und beendet den Diagnoseprozess.
-
Wenn andererseits der Bypass-Kondensator 8 eine Fehlfunktion hat, wirkt die Spannungsglättungsfunktion nicht, wenn der Laststrom drastisch abnimmt, da der Schalter 4 ausgeschaltet wird und ein Spannungsanstieg in der DC-Energieversorgung 7 und dem Energieversorgungsanschluss VD auftritt. Im Ergebnis übersteigt die wellige Spannung oder Brummspannung die obere Schwellenwertgrenze der Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert, und es wird ein Signal mit hohem Pegel ausgegeben, was einen Fehlfunktionszustand anzeigt. Wenn die Steuervorrichtung 22 das Fehlfunktionserkennungssignal von der Erkennungsschaltung 12 für den welligen oberen Grenzwert empfängt, macht die Steuervorrichtung 22 in C3 die Bestimmung „JA” und zeigt einen Alarm an, der die Anomalie des Bypass-Kondensators 8 angibt (C4). Somit kann das System in einen Sicherungszustand versetzt werden. Das Fehlfunktionserkennungssignal wird von der Steuervorrichtung 22 übertragen, wenn die interne Schaltung 2 in den normalen Zustand eintritt.
-
Obgleich der bei oben beschriebenen Konfiguration die interne Schaltung 2 das Diagnoseprogramm nicht durchführt, wird das Diagnoseprogramm von der Steuervorrichtung 22 durchgeführt, welche sich außerhalb des IC-Chips 21 befindet. Somit kann eine Diagnose eines Fehlfunktionszustands des Bypass-Kondensators 8 unter Verwendung des Standby-Zustands der internen Schaltung 2 durchgeführt werden.
-
In der voranstehenden Ausführungsform kann der drastische Abnahmezustand des Laststroms auch dadurch geschaffen werden, dass der Strom unmittelbar vor der Erkennung erhöht wird, anstatt dass der Schalter 4 so gesteuert wird, dass er zum normalen Zeitpunkt stets EIN ist.
-
<Andere Ausführungsformen>
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht durch die voranstehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern es können verschiedene andere Ausgestaltungsformen angewendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise sind die folgenden Modifikationen oder Erweiterungen denkbar:
Die Laststromsteuereinheit ist als Laststromerhöhungsschaltung 5 mit dem Schalter 4 und dem Pulsgenerator 2a ausgelegt, der den Schalter 4 ein- und ausschaltet. In einem anderen Beispiel kann die Laststromsteuereinheit den Laststrom in der internen Schaltung 2 dadurch erhöhen oder verringern, dass ein Betriebstakt der internen Schaltung 2 vorverlegt oder zurückgenommen wird, so dass die Laststromsteuereinheit zum Erhöhen oder Verringern des Laststroms arbeitet.
-
Als ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung zur Erhöhung oder Verringerung des Laststroms kann der Laststrom durch Erhöhen oder Verringern des Schaltverhaltens der internen Schaltung 2 erhöht oder verringert werden.
-
Wenn der Laststrom zum Zeitpunkt der Diagnose durch die Laststromsteuereinheit erhöht oder verringert wird, kann die Periode, während der das Erhöhen oder Verringern durchgeführt wird (entsprechend einer Pulsbreite oder dergleichen), auf eine Periode gesetzt werden, welche derart kurz ist, dass eine Fehlfunktion des Bypass-Kondensators diagnostizierbar ist. Eine zu starke Erhöhung oder Verringerung der Energieversorgungsspannung zum Zeitpunkt der Diagnose kann unterdrückt werden und eine Instabilität des Betriebs der internen Schaltung kann unterbunden werden.
-
Als Laststromsteuereinheit wird ein Strompfad der Laststromerhöhungsschaltung 5 unter Verwendung des Widerstands 3 als Stromstrecke genommen. Anstelle des Widerstands 3 kann auch ein MOSFET verwendet werden, bei dem Gate und Drain kurzgeschlossen sind.
-
Für den Fall, dass der Schalter 4 eine Widerstandskomponente hat und als Impedanzelement wirkt, kann der Widerstand 3 weggelassen werden.
-
Als Schaltelement kann anstelle des Schalters 4 unter Verwendung eines MOSFET oder dergleichen auch ein bipolarer Transistor oder ein Halbleiterelement, beispielsweise ein IGBT, verwendet werden.
-
Die DC-Energieversorgung 7 kann eine selbständige externe Energieversorgung sein oder kann als Energieversorgungsschaltung aufgebaut sein, welche ihrerseits Energie von außen erhält und dann die notwendige Energie an den IC-Chip weitergibt.
-
Beschrieben wurde insoweit zusammenfassend eine Halbleitervorrichtung mit Fehlfunktions-Diagnosefunktion. Die Halbleitervorrichtung arbeitet mit elektrischer Energie, welche von einer Gleichstromenergieversorgung an eine interne Schaltung geliefert wird, wobei ein Bypass-Kondensator mit einem Energieversorgungsanschluss verbunden ist. Die Halbleitervorrichtung enthält eine Laststromsteuereinheit und eine Erkennungseinheit. Die Laststromsteuereinheit ändert einen elektrischen Strom, der vom Energieversorgungsanschluss geliefert wird, nur während einer vorbestimmten Betriebsperiode. Die Erkennungseinheit erkennt eine Spannung am Energieversorgungsanschluss. Die Erkennungseinheit gibt ein Erkennungssignal aus, wenn die Spannung höher als eine obere Schwellenwertgrenze ist, wenn die obere Schwellenwertgrenze gegeben ist. Alternativ gibt die Erkennungseinheit ein Erkennungssignal aus, wenn die Spannung niedriger als eine untere Schwellenwertgrenze ist, wenn die untere Schwellenwertgrenze gegeben ist.
-
Es wurden exemplarische Ausführungsformen und Beispiele zur Darstellung der vorliegenden Erfindung verwendet. Es versteht sich, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auf vielfältige Weise abgewandelt oder modifiziert werden kann, so dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung letztendlich nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2010-259178 A [0002]
- JP 10-71926 A [0002]
