專利名稱：用于運(yùn)行功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)器的pwm輸出端的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)器的PWM輸出端的方法。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體，例如IGBT (絕緣柵雙極晶體管)通常需要驅(qū)動(dòng)器來對(duì)其進(jìn)行驅(qū)控。驅(qū)動(dòng)器將低功率的邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為高功率的開關(guān)信號(hào)，該高功率的開關(guān)信號(hào)然后能直接供應(yīng)給功率半導(dǎo)體的開關(guān)輸入端，例如，IGBT的柵極，并且最終對(duì)它進(jìn)行開關(guān)。驅(qū)動(dòng)器在此通常除了具有其原有的開關(guān)功能，還具有不同的輔助功能。例如，在功率半導(dǎo)體上測(cè)量溫度或者電壓，即，模擬值，或者當(dāng)驅(qū)動(dòng)器或者半導(dǎo)體發(fā)生故障時(shí)生成是/ 否-錯(cuò)誤信號(hào)，即，二進(jìn)制的附加值。在此，常用的電壓值為例如0-10V。驅(qū)動(dòng)器不僅輸出這樣的模擬值，也輸出二進(jìn)制的附加值。為此，驅(qū)動(dòng)器通常具有PWM輸出端，用來以PWM信號(hào)形式輸出模擬值。另外，二進(jìn)制的值在附加的輸出端輸出。使用驅(qū)動(dòng)器的客戶按照自己的需求將有關(guān)的輸出端接上，以便繼續(xù)處理那里存在的信號(hào)。換句話說，在輸出端上接著通向客戶邏輯的傳輸鏈路。模擬值在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)轉(zhuǎn)化為具有固定的PWM頻率的PWM信號(hào)。在此，PWM輸出端具有P麗信號(hào)的第一信號(hào)電平(Hi)和第二信號(hào)電平(Lo)，PWM輸出端在這兩個(gè)信號(hào)電平間交替。因?yàn)閭鬏旀溌芬仓痪哂袃蓚€(gè)信號(hào)電平，其應(yīng)理解為數(shù)字式的，并且例如能通過光波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。換句話說，要傳輸?shù)哪M值或者模擬信號(hào)由發(fā)送器轉(zhuǎn)換為具有固定頻率的PWM信號(hào)。 在此，在一個(gè)PWM時(shí)鐘周期中，信號(hào)電平越長(zhǎng)時(shí)間地處于1，需發(fā)送的模擬值越高。在接收器側(cè)，也就是說，在傳輸鏈路的末端，即在由客戶連接的電路中，接收器為這兩個(gè)信號(hào)電平的每一個(gè)又依次輸出限定的電平。在此，接收器既能模擬式實(shí)現(xiàn)也能數(shù)字式實(shí)現(xiàn)。在模擬接收器中，接收的PWM信號(hào)例如通過低通濾波器(如RC環(huán)節(jié))平滑成模擬輸出值。在數(shù)字評(píng)價(jià)中，接收器對(duì)已知頻率的PWM信號(hào)進(jìn)行采樣。在此，接收器的采樣率決定其精度。公知的是，二進(jìn)制的附加值單獨(dú)地在第二傳輸鏈路(其同樣具有兩個(gè)信號(hào)電平)， 例如，第二光導(dǎo)纖維上傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有以下任務(wù)，S卩，提供一種改善的用于運(yùn)行功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)器的PWM 輸出端的方法。該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法解決。要由驅(qū)動(dòng)器輸出的模擬值像通常一樣轉(zhuǎn)化為具有第一和第二信號(hào)電平的、固定PWM頻率的PWM信號(hào)。根據(jù)本方法，在附加值具有它的第一值的情況下，PWM信號(hào)(如現(xiàn)有技術(shù)公知地， 或者如通常一樣)借助于兩個(gè)信號(hào)電平通過傳輸鏈路傳輸。PWM信號(hào)即如通常一樣在PWM 輸出端輸出。然而，如果附加值采用其另外一個(gè)，即第二值，則PWM信號(hào)和附加信號(hào)一起在PWM輸出端輸出。在此，附加信號(hào)以以下方式構(gòu)成，即，以大于PWM頻率的信號(hào)頻率，輸出根據(jù) PWM信號(hào)規(guī)則存在的第一或第二信號(hào)電平并與此輪流地或者說交替地輸出各自另一信號(hào)電平。換句話說，根據(jù)本發(fā)明，只要二進(jìn)制的附加值采用其第一(也叫做非激活的)值， PWM信號(hào)就如慣常地由驅(qū)動(dòng)器輸出。與此相反，當(dāng)附加值的第二值出現(xiàn)或者存在時(shí)，附加在 PWM信號(hào)上還有一個(gè)高頻的(信號(hào)頻率大于PWM頻率)信號(hào)輸出。換句話說，該附加的信號(hào)在于將當(dāng)前的PWM電平高頻地交替成另一電平。特別地，信號(hào)頻率大大地大于PWM頻率， 即，例如以5倍、10倍、20倍、50倍、100倍或者更大。模擬值是例如由驅(qū)動(dòng)器在功率半導(dǎo)體上確定的溫度值或者電壓值。附加值是例如二進(jìn)制的錯(cuò)誤信號(hào)，該錯(cuò)誤信號(hào)對(duì)于無錯(cuò)誤的運(yùn)行提供0作為第一值，否則提供1作為第二值。換句話說，即，在附加值的第二值時(shí)，將迄今的PWM信號(hào)用相比較而言高頻率的附
加信號(hào)來重疊。此外，在傳輸鏈路的末端，在PWM輸出端輸出的總信號(hào)可以被模擬地和/或者數(shù)字地評(píng)價(jià)。在此例如，附加信號(hào)通過模擬的高通器件與PWM信號(hào)分離，并且兩個(gè)信號(hào)被分別評(píng)價(jià)。附加信號(hào)的數(shù)字評(píng)價(jià)能例如利用大于雙倍信號(hào)頻率的采樣頻率實(shí)現(xiàn)。與此相反地，PWM 信號(hào)如公知那樣通過適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法轉(zhuǎn)換回模擬值。通常情況下，附加值比模擬值具有更高的優(yōu)先權(quán)。例如，盡快識(shí)別錯(cuò)誤信號(hào)比在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上(即在出現(xiàn)歸屬于錯(cuò)誤信號(hào)的錯(cuò)誤時(shí))也獲知正確的溫度更重要。因此在發(fā)送附加信號(hào)時(shí)可容忍的是在那時(shí)，模擬信號(hào)，也就是說原有的PWM信號(hào)的評(píng)價(jià)結(jié)果失真。在這類情況下，模擬值具有次要的意義并且其信息允許被破壞。但是希望的是，模擬值的信息即使在存在附加信號(hào)時(shí)也不被破壞。輸出的PWM信號(hào)通常在接收器上通過評(píng)價(jià)方法轉(zhuǎn)換回模擬值。該評(píng)價(jià)方法在下面假設(shè)是已知的。在本方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在已知的評(píng)價(jià)方法下，在附加信號(hào)中，信號(hào)電平在PWM時(shí)鐘周期內(nèi)依賴于該評(píng)價(jià)方法以以下方式選擇，即，使得模擬值作為該評(píng)價(jià)方法的結(jié)果保持一樣。因此，在評(píng)價(jià)方法結(jié)束時(shí)，模擬值不依賴于附加信號(hào)是否調(diào)制到PWM信號(hào)上地獲得。換句話說，附加信號(hào)以以下方式設(shè)計(jì)，即，使得附加信號(hào)關(guān)于PWM信號(hào)或者其評(píng)價(jià)方法例如是零均值的，即，評(píng)價(jià)方法的結(jié)果不失真。因此，即使在傳輸附加信號(hào)時(shí)，模擬值也保持可評(píng)價(jià)或者說保持一樣。在存在附加信號(hào)時(shí)，信號(hào)電平需根據(jù)附加信號(hào)的設(shè)計(jì)(即，換句話說，條件，例如時(shí)間規(guī)則)來交替，對(duì)于這種設(shè)計(jì)有著不同的方案在第一方案中，附加信號(hào)僅僅只在PWM信號(hào)或者采用第一信號(hào)電平或者采用第二信號(hào)電平時(shí)才輸出。對(duì)此的前提是，PWM信號(hào)中每個(gè)PWM時(shí)鐘周期各自均具有兩個(gè)信號(hào)電平。換句話說，即，附加信號(hào)只在PWM信號(hào)的Hi電平或者Lo電平期間傳輸。該方案特別適合于與傳輸鏈路末端的數(shù)字評(píng)價(jià)結(jié)合。在這個(gè)實(shí)施方式中，繼續(xù)遵守原始PWM信號(hào)中電平更替的時(shí)間界限。因此，盡管有附加信號(hào)，數(shù)字評(píng)價(jià)仍然能可靠地識(shí)別PWM時(shí)鐘周期內(nèi)原始 PWM信號(hào)的電平界限。因此，PWM的占空比以及由此模擬值能正確地重建。在此，缺點(diǎn)卻為，對(duì)附加信號(hào)中的信號(hào)更替的傳輸和探測(cè)可能會(huì)延遲上PWM信號(hào)的Hi電平或者Lo電平的最大持續(xù)時(shí)間，即，最大能延遲上大約一個(gè)PWM時(shí)鐘周期。對(duì)于在附加值方面對(duì)時(shí)間要求特別嚴(yán)格的應(yīng)用，該方案并不適合。在另選的特別適合于在傳輸鏈路末端模擬評(píng)價(jià)的實(shí)施方式中，附加信號(hào)以以下方式選擇，即，使得在PWM時(shí)鐘周期內(nèi)，在PWM信號(hào)的第一信號(hào)電平的時(shí)間間隔內(nèi)由附加信號(hào)去除的信號(hào)部分在PWM信號(hào)的第二信號(hào)電平時(shí)利用由附加信號(hào)添補(bǔ)的信號(hào)部分來修復(fù)。換句話說，在存在附加信號(hào)的情況下，信號(hào)電平的高頻更替以以下方式選擇，即， 使得對(duì)于重建模擬信號(hào)重要的信號(hào)內(nèi)容，特別是例如在PWM時(shí)鐘周期中在信號(hào)分布曲線下的積分值保持一樣。例如，在PWM信號(hào)的Hi電平中，通過施加附加信號(hào)也產(chǎn)生Lo電平，這些Lo電平相對(duì)于原始的PWM信號(hào)減小了由信號(hào)覆蓋的積分值。因此，在原始的PWM信號(hào)的Lo電平中， 由附加信號(hào)在PWM時(shí)鐘周期的剩余過程中生成附加的Hi電平，這些Hi電平又補(bǔ)償上述被減小的積分值。即使在存在附加信號(hào)時(shí)，該方法方案例如在對(duì)PWM信號(hào)低通濾波時(shí)，也始終獲得 PWM時(shí)鐘周期內(nèi)原始PWM信號(hào)的值。換句話說，附加信號(hào)以以下方式與PWM信號(hào)調(diào)諧，即，使得該P(yáng)WM信號(hào)與評(píng)價(jià)相關(guān)的信號(hào)內(nèi)容保持不變，并且由此評(píng)價(jià)方法提供不變的值。在本方法的另外一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，附加信號(hào)的信號(hào)頻率依賴于別的附加信息來改變。通過這種布置，并不只將二進(jìn)制的附加信號(hào)傳輸為激活的或者非激活的。通過相應(yīng)地選擇的不同信號(hào)頻率，能附加傳輸附加信號(hào)的不同的值。理想情況下，通過信號(hào)頻率細(xì)微分級(jí)地改變或者連續(xù)地改變(附加于附加值以及至少作為對(duì)于原始模擬值的替換)， 還能以頻率編碼的形式經(jīng)由相同的傳輸鏈路傳輸另外的、與附加值耦合的模擬值。


本發(fā)明的更深入的介紹參考附圖中的實(shí)施例。其中分別在概要的原理草圖中示出圖1根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器與評(píng)價(jià)電路，圖2PWM信號(hào)與附加信號(hào)。
具體實(shí)施例方式圖1示出用于未示出的功率半導(dǎo)體的、具有PWM輸出端4的驅(qū)動(dòng)器2。在PWM輸出端4處，功率半導(dǎo)體的溫度作為模擬值A(chǔ)應(yīng)被輸出為PWM信號(hào)6。PWM信號(hào)的輸出，即詳細(xì)資料如時(shí)間等，按照驅(qū)動(dòng)器2的制造商的規(guī)格實(shí)現(xiàn)。圖1此外還示出作為接收器11的評(píng)價(jià)電路8，其由驅(qū)動(dòng)器2的客戶或者買家開發(fā)或者構(gòu)建，用來將PWM信號(hào)6重新轉(zhuǎn)化回模擬值 A。PWM信號(hào)6的傳輸通過作為傳輸鏈路10的光波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。評(píng)價(jià)電路8包括傳輸鏈路10上接著的接收放大器12、模擬低通濾波器14和模擬放大器16。評(píng)價(jià)電路8由此模擬式地工作。圖2通過12比特值，即，O至212-1 = 4095之間的值的傳輸?shù)睦樱敿?xì)地示出時(shí)間t上的PWM信號(hào)6。例如，在此，溫度為0°C的相應(yīng)值為0，以及300°C相應(yīng)于4095的值。 圖2示出200°C的模擬值作為值2730的傳輸。PWM信號(hào)6具有恒定的PWM頻率fP，即，每個(gè) PWM時(shí)鐘周期7具有相同的周期持續(xù)時(shí)間TP。因此，根據(jù)公知的PWM方法，在一個(gè)PWM時(shí)鐘周期內(nèi)，2730/4095*TP久的“開”(On)時(shí)間T。n由較高的第一信號(hào)電平Hi占據(jù)，并且對(duì)于剩余的持續(xù)時(shí)間，即，“關(guān)” (Off)時(shí)間Toff = Tp-Ton = 4095-(2730/4095*ΤΡ)由較低的第二信號(hào)電平Lo占據(jù)。額外地，驅(qū)動(dòng)器2除此之外還應(yīng)該輸出二進(jìn)制的附加值F，即錯(cuò)誤信號(hào)，該錯(cuò)誤信號(hào)能采用為O的第一值N (無錯(cuò)誤)和為1的第二值E (錯(cuò)誤)。根據(jù)本發(fā)明輸出同樣通過 P麗輸出端4實(shí)現(xiàn)。圖2中PWM信號(hào)6中，附加值F首先是非激活的，即，該附加值具有其等于O的第一值N。直到錯(cuò)誤時(shí)間點(diǎn)、時(shí)才在驅(qū)動(dòng)器2上產(chǎn)生應(yīng)該被傳達(dá)的錯(cuò)誤。因此，根據(jù)本發(fā)明， 自錯(cuò)誤時(shí)間點(diǎn)tF起，g卩，當(dāng)錯(cuò)誤信號(hào)F被激活或者采用其等于1的第二值E時(shí)，輸出附加信號(hào)18。按照此附加信號(hào)18，以大于PWM頻率fP = l/Τρ的信號(hào)頻率fs交替地將PWM信號(hào)6 的根據(jù)原始的PWM信號(hào)有效的當(dāng)前的信號(hào)電平Hi并與此輪流地將另一電平(這個(gè)情況下為L(zhǎng)o)通過傳輸鏈路10傳輸。這一直發(fā)生至On時(shí)間T。n的末端。在On時(shí)間Τ。η的末端，附加信號(hào)18的傳輸被中止直至下一個(gè)PWM時(shí)鐘周期，以將信號(hào)保持在Lo。對(duì)于圖1中示出的具有低通濾波器14和高通濾波器22的信號(hào)評(píng)價(jià)的模擬方案， 另選的，也能實(shí)現(xiàn)一種通過采樣電路24的以虛線示出的數(shù)字評(píng)價(jià)，該采樣電路M既能輸出模擬值A(chǔ)也能輸出探測(cè)的附加值F。因?yàn)楦鶕?jù)上述，信號(hào)中的PWM信息不被破壞，即Off時(shí)間T。ff能被清楚地識(shí)別，所以模擬值A(chǔ)保持一樣。這樣，評(píng)價(jià)電路12仍然總是能輸出正確的模擬值A(chǔ)。對(duì)于數(shù)字評(píng)價(jià)的情況，遵守On時(shí)間T。n的界限，從而使模擬值A(chǔ)能正確地被重建。在上述評(píng)價(jià)電路18的模擬方案中，附加信號(hào)F的評(píng)價(jià)通過根據(jù)圖1的在接收放大器21后分支的具有高通濾波器22的高通分支20實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)另選的實(shí)施方式中，附加信號(hào)18 (以虛線示出)在Off時(shí)間T。ff內(nèi)還繼續(xù)。 換句話說，通過在Off時(shí)間T。ff內(nèi)插入附加信號(hào)18的額外的脈沖獲得每個(gè)PWM時(shí)鐘周期的整個(gè)信號(hào)的積分值W。也就是說，在On時(shí)間T。n內(nèi)“缺失”的Hi信號(hào)部分，在Off時(shí)間T。ff 內(nèi)補(bǔ)交或者補(bǔ)充，以便使模擬評(píng)價(jià)重新導(dǎo)致相同的模擬值A(chǔ)。原始PWM信號(hào)的由信號(hào)分布曲線覆蓋的積分面積和用附加信號(hào)補(bǔ)充的信號(hào)分布曲線的積分面積于是相等。在圖2中，附加信號(hào)18具有固定的信號(hào)頻率fs。在另選的，只是象征性示出的本發(fā)明的實(shí)施方法中，信號(hào)頻率fs還能根據(jù)附加信息I來改變。換句話說，附加信息I于是被頻率編碼在信號(hào)頻率fs中。在接收器方面或者客戶方面，附加信息I則又能在高通分支 20或者在采樣電路M中從接收的PWM信號(hào)6和附加信號(hào)18中重建。附圖標(biāo)記列表
2驅(qū)動(dòng)器
4PWM輸出端
6P麗信號(hào)
8評(píng)價(jià)電路
10傳輸鏈路
12接收放大器
14低通濾波器
16放大器
18附加信號(hào)
20高通分支
22高通濾波器
24采樣電路
A模擬值
t時(shí)間
TP周期持續(xù)時(shí)間
fPPWM頻率
T 1 onOn時(shí)間
T 1 offOff時(shí)間
Hi、Lo信號(hào)電平
F附加值
tF錯(cuò)誤時(shí)間點(diǎn)
fS信號(hào)頻率
I附加信息
W積分值
N、E值
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)行功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)器⑵的PWM輸出端⑷的方法，其中-將由所述驅(qū)動(dòng)器輸出的模擬值(A)轉(zhuǎn)換為固定PWM頻率(fP)的具有第一信號(hào)電平 (Hi)和第二信號(hào)電平(Lo)的PWM信號(hào)(6)，并且-對(duì)于由所述驅(qū)動(dòng)器輸出的二進(jìn)制的附加值(F)的第一值(N)-將所述PWM信號(hào)(6)在所述PWM輸出端⑷輸出，-對(duì)于所述附加值(F)的第二值(E)-將所述PWM信號(hào)(6)與附加信號(hào)(18) —起在所述PWM輸出端⑷輸出，其中，-作為附加信號(hào)(18)，以大于所述PWM頻率(fP)的信號(hào)頻率(fS)，將根據(jù)所述PWM信號(hào)確定的第一信號(hào)電平(Hi)或第二信號(hào)電平(Lo)與各自另一信號(hào)電平(Lo、Hi)輪流輸出ο
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，輸出的所述PWM信號(hào)(6)在接收器(11)處通過已知的評(píng)價(jià)方法轉(zhuǎn)換回所述模擬值(A)，其中，在所述附加信號(hào)(18)中，所述信號(hào)電平(Hi、 Lo)在PWM時(shí)鐘周期(7)內(nèi)依賴于所述評(píng)價(jià)方法以以下方式選擇，即，使得所述模擬值(A) 作為所述評(píng)價(jià)方法的結(jié)果保持一樣。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，每個(gè)PWM時(shí)鐘周期(7)具有兩個(gè)信號(hào)電平(Hi、 Lo)，其中，所述附加信號(hào)(18)僅僅只在所述PWM信號(hào)(6)采用所述第一信號(hào)電平(Hi)或者所述第二信號(hào)電平(Lo)時(shí)才輸出。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述附加信號(hào)(18)以以下方式選擇，即，使得在 PWM時(shí)鐘周期(7)內(nèi)，在所述PWM信號(hào)(6)的第一信號(hào)電平(Hi)中由所述附加信號(hào)(18)去除的信號(hào)部分在所述PWM信號(hào)(6)的第二信號(hào)電平(Lo)時(shí)利用由所述附加信號(hào)添補(bǔ)的信號(hào)部分來修復(fù)。
5.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，使所述附加信號(hào)(18)的所述信號(hào)頻率 (fS)依賴于附加信息(I)來改變。
全文摘要
用于運(yùn)行功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)器的PWM輸出端的方法，用來在功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)器(2)的PWM輸出端(4)輸出模擬值(A)，在該方法中將模擬值(A)轉(zhuǎn)換為固定PWM頻率(fP)的具有兩個(gè)信號(hào)電平(Hi、Lo)的PWM信號(hào)(6)，并且在二進(jìn)制附加值(F)的非激活狀態(tài)(0)下在PWM輸出端(4)輸出PWM信號(hào)(6)，或者在附加值(F)的激活值(1)下在PWM輸出端(4)一起輸出PWM信號(hào)(6)和附加信號(hào)(18)，其中，作為附加信號(hào)(18)，以大于PWM頻率(fP)的信號(hào)頻率(fS)將PWM信號(hào)(6)當(dāng)前的信號(hào)電平(Hi、Lo)與各自另一信號(hào)電平(Lo、Hi)交替輸出。
文檔編號(hào)H04L25/03GK102404262SQ20111022200
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者馬庫斯·霍夫邁爾 申請(qǐng)人:賽米控電子股份有限公司