專利名稱：用于通過變壓器段傳送二進制信號的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于通過功率半導體的驅動器的變壓器段分別傳送代表二進制值的信號的方法。
背景技術：
為了驅控功率半導體，例如呈IGBT (絕緣柵雙極晶體管)形式的功率半導體開關， 需要所謂的驅動電路或簡言之需要驅動器。例如，驅動器從在輸入端上輸入給驅動器的低功率邏輯開關信號中產生在驅動器的輸出端上施加到功率半導體上的帶有明顯更高功率的信號，該信號例如對IGBT實際上的開關而言是必要的。另外，驅動器承擔在其輸入端與輸出端之間，例如開關信號或在地電勢上工作的驅控邏輯與在高電壓電勢上工作的功率半導體之間的電流隔離或電勢隔離。因此，通常在該驅動器內部通過驅動器的變壓器段來傳送二進制信號，也就是代表二進制值的信號。該變壓器造成待傳送的信號中的電勢隔離。相應的二進制信號例如是用于變壓器的接通信號或關斷信號。呈開關信號形式的信號例如只具有兩個信號值“接通”和“關斷”。為了實現高的開關安全性，通常分別傳送相應的信號或信號值。公知的是，例如在施加接通信號時，例如從中間電勢出發(fā)，分別將正電壓脈沖輸入給變壓器作為第一二進制值。該脈沖被一直輸入給變壓器，直至希望將功率半導體關斷為止。此后，從中間電勢出發(fā)，向變壓器分別輸入負電壓脈沖。無論是在存在接通信號期間還是在存在關斷信號期間，變壓器或其磁性化都通過分別施加各個相同的正電壓脈沖或負電壓脈沖而達到正飽和或負飽和。為了避免變壓器飽和，公知的是將在兩個相同的彼此跟隨的分別施加的脈沖之間的時間用作為用于變壓器的恢復時間，由此該變壓器可以至少部分地重新退磁。因此，必須在兩個相同的分別的脈沖之間遵守最小時間或最小死區(qū)時間。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進的、用于通過功率半導體的驅動器的變壓器段分別傳送代表二進制值的信號方法。該目的可以通過按照專利權利要求1所述的方法來解決。按照本發(fā)明，為信號的二進制值中的第一二進制值，將第一脈沖群作為(從中間信號位置出發(fā)的)正脈沖和負脈沖的序列輸入給變壓器的輸入端。可選擇地，為二進制信號的第二值將第二脈沖群作為負脈沖和正脈沖的序列輸入給變壓器。在此，脈沖可以例如是電流脈沖或電壓脈沖。也就是例如，從中間電壓出發(fā)，將正的和負的電壓脈沖或電壓的序列，或負-正-序列輸入給變壓器。也可以例如，從零電流出發(fā)，輸入由負電流脈沖跟隨的短暫的正電流脈沖，或反過來地輸入。將各個相同的群分別輸入給變壓器。在變壓器的輸出端上隨后監(jiān)視或評價輸出量的極性在此，輸出量例如也可以是變壓器的輸出電壓或輸出電流。然而現在不再單獨通過兩個脈沖中的一個脈沖，而是通過其整體性或通過脈沖序列內部的整個信號曲線來進行上述評價。因此，僅從已傳送的群內輸出量的極性的序列或極性轉換中檢測二進制信號的第一值或第二值。為此僅需以下條件，即，群邊界在變壓器輸出端上必須是可識別的，例如可通過遵守特定的設定的定時限制來識別。通過在每個脈沖群中各自既具有正脈沖也具有負脈沖，可以避免變壓器飽和。因此例如，正脈沖和負脈沖在它們含有的能量方面彼此適配，以便例如，至少能夠大致補償該正脈沖和負脈沖在變壓器中的磁化作用。因為變壓器由于各個脈沖群而并沒有出現飽和， 所以在相同的二進制值的兩個分別的脈沖群之間不需要遵守上述強制暫?；蛩绤^(qū)時間。因此，這些脈沖群可以，在遵守上述用于識別群邊界的條件下，幾乎任意迅速地，尤其是以任意的時間間隔彼此跟隨。驅動器中的變壓器段在此既可以從初級側到次級側地設置也可以以相反的方向設置。對按照本發(fā)明的方法只有以下前提條件，即，信號接收器，也就是連接在變壓器輸出側上的評價電路既可以評價變壓器的正輸出信號也可以評價變壓器的負輸出信號。第一信號例如可以是從初級側到次級側待傳送的開關信號或以相反方向待傳送的故障信號。在優(yōu)選的實施方式中，脈沖群內部的脈沖的各自的振幅至少大致大小相等。換言之，脈沖群例如由兩個等高的符號相反的脈沖構成。如果其持續(xù)時間也相同的話，那么再次與上述相應地，脈沖的能量含有量也相同。在本方法的具有優(yōu)點的實施方式中，二進制信號是第一信號，并且在變壓器的輸入端上，在第一信號的同一值的兩個分別彼此跟隨的脈沖群之間的時間間隔依賴于待傳送的第二信號來改變。于是在輸出端上，從檢測出的映射在輸出量中的脈沖群中測定該時間間隔并且從輸出側上測定的該時間間隔中重建第二信號。如上所述，因為按照本發(fā)明在兩個脈沖群之間不必遵守最小死區(qū)時間并且時間間隔可以在廣泛的范圍內變化，所以可以對實際的待傳送的第一二進制信號疊加第二信號。 在此，該第二信號例如也可以是只具有兩個值并且由此具有兩種在彼此跟隨的脈沖群之間的時間間隔的二進制信號。然而在此，視輸出側上評價邏輯而定，也可以考慮將的多個值或連續(xù)的信號作為第二信號，也就是說存在多種不同的或連續(xù)變化的在脈沖群之間的時間間隔。需要注意的只是通常可以在任意的時間點上進行第一信號的值的轉換，而使在第一信號的一個二進制值的最后的脈沖群與另一二進制值的第一脈沖群之間的時間間隔不會被識別成有效的第二信號。換言之，在此位置上第一信號中的值的轉換通常會破壞第二信號的值。該第二信號例如可以是中間電路電壓的值或軟關斷-開關信號的值。在本方法的其他實施方式中，可選擇地或附加地，在輸入端上，脈沖的脈沖持續(xù)時間依賴于待傳送的第三信號來改變。然后在輸出端上測定脈沖的脈沖持續(xù)時間并且從該脈沖持續(xù)時間中重建第三信號。因此，還可以在一個或同一信號中傳送其他的呈第三信號形式的附加信息，該第三信號與第二信號一樣可以是二進制的、多值的或連續(xù)的。視在變壓器輸入端上產生信號的條件而定，也可以確保只在脈沖群的持續(xù)時間以外允許或傳送第一二進制信號的轉換。由此例如，第一信號和第三信號不會彼此干擾。然而，當第一信號例如是用于功率半導體的開關信號而第二信號和第三信號代表不怎么關鍵的待傳送的數據時，通常值得追求該第一信號的優(yōu)先地位。第三信號例如可以代表測量出的溫度值。由此，可以彼此不相關地或在相應的組合中既可以從初級側到次級側也可以相反地應用所有上述三個用于傳送第一至第三信號的信號傳送的可能性。信號的傳送總是平行地朝向相同的方向進行。


借助附圖的實施例進一步描述本發(fā)明。其中分別以示意性原理草圖示出圖1功率半導體開關的驅動器，圖2圖1中驅動器中的傳送第一二進制值信號的信號曲線，圖3圖2中的信號曲線的細節(jié)，圖4驅動器中的可選擇的用于第二待傳送的信號的信號曲線，圖5驅動器中的可選擇的用于第三待傳送的信號的信號曲線。
具體實施例方式圖1示出用于功率半導體4的驅動器2，該驅動器由邏輯電路6提供信號8作為用于功率半導體4 “接通”或“關斷”的開關狀態(tài)的開關信號。信號8因此是二進制信號或只具有兩個值，即，與“關斷”相應的值IOa和與“接通”相應的值10b。信號8被提供給變壓器14的輸入端12，該變壓器的作用是電流隔離地將信號8傳送給輸出端16。變壓器14在其輸入端12具有作為輸入量的輸入電流Ie以及輸入電壓Ue并且在其輸出端具有作為輸出量的輸出電流Ia和輸出電壓Ua。圖2再次在放大圖中示出在時間t上繪制的信號8。按照本發(fā)明，為了表現信號 8，現分別各自將脈沖群18a，b輸入給變壓器14。選擇脈沖群18a用于值10a，選擇脈沖群 18b用于值10b。脈沖群18a各自由被正脈沖20b跟隨的負脈沖20a的序列構成，正脈沖群 18b與此相反地由被負脈沖20a跟隨的正脈沖20b的序列構成。各個群18a或18b各自分別地發(fā)送，也就是以一種時間上的間隔Tk來發(fā)送。由于可以在任意時間點上實現信號8中的值IOa到值IOb或IOb到IOa的轉換，所以在各個最后的脈沖群18a與第一脈沖群IOb 之間或在最后的脈沖群18b與第一脈沖群18a之間各自存在小于或等于間隔Tk的時間上的間隔。各個脈沖20a或20b各自相應于圖1中電流Ie的正直或負值，或可選擇地相應于電壓Ue的正直或負值。在變壓器14的輸出端16上建立輸出電壓Ua或輸出電流Ia的相應的信號曲線。 從脈沖群18a或18b的各個極性的序列中還得到輸出電流Ia或輸出電壓Ua的不同的極性序列。圖3示出例如，如何為脈沖群18a提供先正后負的脈沖Ma，b的序列22a。如果相反地在輸入端12上施加脈沖群18b，則得到負脈沖24b和正脈沖Ma的序列22b。根據序列22a，b的極性序列，在輸出端16 —側上推斷出在輸入端12上的相應的脈沖序列并且由此推斷出信號8的相應的值10a，b。
分別借助于序列22a，b的整體性，也就是也借助于整個脈沖群18a，b，而并不僅借助于序列22a，b的分配給各單個的脈沖20a或20b的那些部分(脈沖2 或Mb)來進行檢測。因此，例如可以借助于在各個脈沖Ma，b之間的邊沿曲線(正的或負的過零點)，也就是各自大約在序列22a，b中間進行評價。此外，圖3示出如下實施方式，在該實施方式中，脈沖群18a，b的兩個脈沖20a，b 的振幅Atl和-Atl在絕對值上相等(Atl),但具有相反的符號。在此還提供有以下可能，即，對整個兩個脈沖Ma，b也鑒于其振幅以其整體進行評價。那么，這兩個振幅也應該大約大小相等并且具有相反的符號。由此，對于待傳送的二進制值(第一或第二值)的檢測也進行對整個脈沖序列18a，b而不僅是對其部分脈沖20a，b的評價。在上述第一實施方式中，始終選擇同樣大的各個時間間隔Tk，也就是說各自相同的脈沖群18a，b的分別重復以固定的重復頻率來進行。在本方法的可選擇的實施方式中，可以通過使用不同的或依賴于信號變化的時間間隔Tk通過變壓器14與第一信號8a平行地傳送第二信號Sb。圖4相應地示出一個變形方案，在該變形方案中附加于信號8a還傳送信號Sb。該信號例如也只具有兩個值26a，b。所述值^a，b被以不同的間隔Tk來轉化。在此，時間間隔Tki相應于值^a，時間間隔Tk2相應于值^b。這些相應的時間間隔TK1,2再次如圖3所示那樣在輸出端16上同樣被評價或識別為兩個序列22a，b之間的時間間隔，并且由此重建 it 26a, b。圖5示出另一個可選擇的實施方式，用于展示第三信號8c和其通過變壓器14的傳送過程。以常規(guī)的方式將信號8a編碼，而信號8c的值^a，b則通過各單個脈沖18a，b 的不同的脈沖持續(xù)時間TP1,2來編碼。與圖3相應地，在輸出端16上的評價再次根據脈沖 24a, b或序列22a，b的脈沖持續(xù)時間的區(qū)別來進行。附圖標記列表
2驅動器
4功率半導體
6邏輯電路
8a_c信號
10a, b值
12輸入端
14變壓器
16輸出端
18a, b脈沖群
20a, b脈沖
22a, b序列
24a, b脈沖
26a, b值
28a, b值
IE, A電流
UE, A電壓
t時間
TE1J2間隔
TP1J2脈沖持續(xù)時間
A0振幅
權利要求
1.用于通過功率半導體(4)的驅動器O)的變壓器段分別傳送代表二進制值(10a，b) 的信號(8a)的方法，在所述方法中-為第一值(IOa)將第一脈沖群(18a)作為正脈沖(20b)和負脈沖(20a)的序列輸入給所述變壓器(14)的輸入端(12)，或為第二值(IOb)將第二脈沖群(18b)作為負脈沖(20a) 和正脈沖OOb)的序列輸入給所述變壓器(14)的輸入端(12)，-將各自的所述脈沖群(18a，b)分別輸入給所述變壓器(14)，-在所述變壓器(14)的輸出端(16)上，從已傳送的脈沖群(18a，b)內輸出量(UA，Ia) 的極性序列(22a，b)中檢測出所述第一值(IOa)或所述第二值(10b)。
2.根據權利要求1所述的方法，在所述方法中，在所述脈沖群(18a，b)中所述兩個脈沖(20a，b)的各自的振幅至少大致大小相等。
3.根據上述權利要求中任意一項所述的方法，其中，所述信號(8a)是第一信號(8a)， 在所述方法中-在所述輸入端(12)上，同一值(10a，b)的兩個分別彼此跟隨的脈沖群(18a，b)之間的時間間隔(Tk)依賴于待傳送的第二信號(8b)來改變，-在所述輸出端(16)上，從映射在所述輸出量( ，Ia)中的脈沖群(18a，b)中測定所述時間間隔(Tk)，-從所述時間間隔(Tk)中重建所述第二信號(Sb)。
4.根據上述權利要求中任意一項所述的方法，在所述方法中-在所述輸入端(1 上，所述脈沖O0a，b)的脈沖持續(xù)時間(TP1,2)依賴于待傳送的第三信號(8c)來改變，-在所述輸出端(16)上，從映射在所述輸出量( ，Ia)中的脈沖群(18a，b)中測定所述脈沖Q0a，b)的所述脈沖持續(xù)時間(TP1,2)，-從所述脈沖持續(xù)時間(TP1,2)中重建所述第三信號(Sc)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過變壓器段傳送二進制信號的方法。在用于通過功率半導體(4)的驅動器(2)的變壓器段分別傳送代表信號(8a)的二進制值(10a，b)的方法中-為第一值(10a)將第一脈沖群(18a)作為正脈沖(20b)和負脈沖(20a)的序列輸入給變壓器(14)的輸入端(12)，或為第二值將第二脈沖群(18b)作為負脈沖(20a)和正脈沖(20b)的序列輸入給變壓器(14)的輸入端(12)，將各自的所述脈沖群(18a，b)分別輸入給變壓器(14)，在變壓器(14)的輸出端(16)上，從已傳送的脈沖群(18a，b)內輸出量(UA，IA)的極性序列(22a，b)中檢測出第一值(10a)或第二值(10b)。
文檔編號H03K17/567GK102324917SQ20111012382
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權日2010年5月10日
發(fā)明者丹尼爾·奧伯內德爾, 亞歷山大·米爾赫費爾, 岡特·柯尼希曼, 馬庫斯·霍夫邁爾 申請人:賽米控電子股份有限公司