专利名称：用于通过变压器段传送二进制信号的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过功率半导体的驱动器的变压器段分别传送代表二进制值的信号的方法。
背景技术：
为了驱控功率半导体，例如呈IGBT (绝缘栅双极晶体管)形式的功率半导体开关， 需要所谓的驱动电路或简言之需要驱动器。例如，驱动器从在输入端上输入给驱动器的低功率逻辑开关信号中产生在驱动器的输出端上施加到功率半导体上的带有明显更高功率的信号，该信号例如对IGBT实际上的开关而言是必要的。另外，驱动器承担在其输入端与输出端之间，例如开关信号或在地电势上工作的驱控逻辑与在高电压电势上工作的功率半导体之间的电流隔离或电势隔离。因此，通常在该驱动器内部通过驱动器的变压器段来传送二进制信号，也就是代表二进制值的信号。该变压器造成待传送的信号中的电势隔离。相应的二进制信号例如是用于变压器的接通信号或关断信号。呈开关信号形式的信号例如只具有两个信号值“接通”和“关断”。为了实现高的开关安全性，通常分别传送相应的信号或信号值。公知的是，例如在施加接通信号时，例如从中间电势出发，分别将正电压脉冲输入给变压器作为第一二进制值。该脉冲被一直输入给变压器，直至希望将功率半导体关断为止。此后，从中间电势出发，向变压器分别输入负电压脉冲。无论是在存在接通信号期间还是在存在关断信号期间，变压器或其磁性化都通过分别施加各个相同的正电压脉冲或负电压脉冲而达到正饱和或负饱和。为了避免变压器饱和，公知的是将在两个相同的彼此跟随的分别施加的脉冲之间的时间用作为用于变压器的恢复时间，由此该变压器可以至少部分地重新退磁。因此，必须在两个相同的分别的脉冲之间遵守最小时间或最小死区时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的、用于通过功率半导体的驱动器的变压器段分别传送代表二进制值的信号方法。该目的可以通过按照专利权利要求1所述的方法来解决。按照本发明，为信号的二进制值中的第一二进制值，将第一脉冲群作为(从中间信号位置出发的)正脉冲和负脉冲的序列输入给变压器的输入端。可选择地，为二进制信号的第二值将第二脉冲群作为负脉冲和正脉冲的序列输入给变压器。在此，脉冲可以例如是电流脉冲或电压脉冲。也就是例如，从中间电压出发，将正的和负的电压脉冲或电压的序列，或负-正-序列输入给变压器。也可以例如，从零电流出发，输入由负电流脉冲跟随的短暂的正电流脉冲，或反过来地输入。将各个相同的群分别输入给变压器。在变压器的输出端上随后监视或评价输出量的极性在此，输出量例如也可以是变压器的输出电压或输出电流。然而现在不再单独通过两个脉冲中的一个脉冲，而是通过其整体性或通过脉冲序列内部的整个信号曲线来进行上述评价。因此，仅从已传送的群内输出量的极性的序列或极性转换中检测二进制信号的第一值或第二值。为此仅需以下条件，即，群边界在变压器输出端上必须是可识别的，例如可通过遵守特定的设定的定时限制来识别。通过在每个脉冲群中各自既具有正脉冲也具有负脉冲，可以避免变压器饱和。因此例如，正脉冲和负脉冲在它们含有的能量方面彼此适配，以便例如，至少能够大致补偿该正脉冲和负脉冲在变压器中的磁化作用。因为变压器由于各个脉冲群而并没有出现饱和， 所以在相同的二进制值的两个分别的脉冲群之间不需要遵守上述强制暂停或死区时间。因此，这些脉冲群可以，在遵守上述用于识别群边界的条件下，几乎任意迅速地，尤其是以任意的时间间隔彼此跟随。驱动器中的变压器段在此既可以从初级侧到次级侧地设置也可以以相反的方向设置。对按照本发明的方法只有以下前提条件，即，信号接收器，也就是连接在变压器输出侧上的评价电路既可以评价变压器的正输出信号也可以评价变压器的负输出信号。第一信号例如可以是从初级侧到次级侧待传送的开关信号或以相反方向待传送的故障信号。在优选的实施方式中，脉冲群内部的脉冲的各自的振幅至少大致大小相等。换言之，脉冲群例如由两个等高的符号相反的脉冲构成。如果其持续时间也相同的话，那么再次与上述相应地，脉冲的能量含有量也相同。在本方法的具有优点的实施方式中，二进制信号是第一信号，并且在变压器的输入端上，在第一信号的同一值的两个分别彼此跟随的脉冲群之间的时间间隔依赖于待传送的第二信号来改变。于是在输出端上，从检测出的映射在输出量中的脉冲群中测定该时间间隔并且从输出侧上测定的该时间间隔中重建第二信号。如上所述，因为按照本发明在两个脉冲群之间不必遵守最小死区时间并且时间间隔可以在广泛的范围内变化，所以可以对实际的待传送的第一二进制信号叠加第二信号。 在此，该第二信号例如也可以是只具有两个值并且由此具有两种在彼此跟随的脉冲群之间的时间间隔的二进制信号。然而在此，视输出侧上评价逻辑而定，也可以考虑将的多个值或连续的信号作为第二信号，也就是说存在多种不同的或连续变化的在脉冲群之间的时间间隔。需要注意的只是通常可以在任意的时间点上进行第一信号的值的转换，而使在第一信号的一个二进制值的最后的脉冲群与另一二进制值的第一脉冲群之间的时间间隔不会被识别成有效的第二信号。换言之，在此位置上第一信号中的值的转换通常会破坏第二信号的值。该第二信号例如可以是中间电路电压的值或软关断-开关信号的值。在本方法的其他实施方式中，可选择地或附加地，在输入端上，脉冲的脉冲持续时间依赖于待传送的第三信号来改变。然后在输出端上测定脉冲的脉冲持续时间并且从该脉冲持续时间中重建第三信号。因此，还可以在一个或同一信号中传送其他的呈第三信号形式的附加信息，该第三信号与第二信号一样可以是二进制的、多值的或连续的。视在变压器输入端上产生信号的条件而定，也可以确保只在脉冲群的持续时间以外允许或传送第一二进制信号的转换。由此例如，第一信号和第三信号不会彼此干扰。然而，当第一信号例如是用于功率半导体的开关信号而第二信号和第三信号代表不怎么关键的待传送的数据时，通常值得追求该第一信号的优先地位。第三信号例如可以代表测量出的温度值。由此，可以彼此不相关地或在相应的组合中既可以从初级侧到次级侧也可以相反地应用所有上述三个用于传送第一至第三信号的信号传送的可能性。信号的传送总是平行地朝向相同的方向进行。
借助附图的实施例进一步描述本发明。其中分别以示意性原理草图示出图1功率半导体开关的驱动器，图2图1中驱动器中的传送第一二进制值信号的信号曲线，图3图2中的信号曲线的细节，图4驱动器中的可选择的用于第二待传送的信号的信号曲线，图5驱动器中的可选择的用于第三待传送的信号的信号曲线。
具体实施例方式图1示出用于功率半导体4的驱动器2，该驱动器由逻辑电路6提供信号8作为用于功率半导体4 “接通”或“关断”的开关状态的开关信号。信号8因此是二进制信号或只具有两个值，即，与“关断”相应的值IOa和与“接通”相应的值10b。信号8被提供给变压器14的输入端12，该变压器的作用是电流隔离地将信号8传送给输出端16。变压器14在其输入端12具有作为输入量的输入电流Ie以及输入电压Ue并且在其输出端具有作为输出量的输出电流Ia和输出电压Ua。图2再次在放大图中示出在时间t上绘制的信号8。按照本发明，为了表现信号 8，现分别各自将脉冲群18a，b输入给变压器14。选择脉冲群18a用于值10a，选择脉冲群 18b用于值10b。脉冲群18a各自由被正脉冲20b跟随的负脉冲20a的序列构成，正脉冲群 18b与此相反地由被负脉冲20a跟随的正脉冲20b的序列构成。各个群18a或18b各自分别地发送，也就是以一种时间上的间隔Tk来发送。由于可以在任意时间点上实现信号8中的值IOa到值IOb或IOb到IOa的转换，所以在各个最后的脉冲群18a与第一脉冲群IOb 之间或在最后的脉冲群18b与第一脉冲群18a之间各自存在小于或等于间隔Tk的时间上的间隔。各个脉冲20a或20b各自相应于图1中电流Ie的正直或负值，或可选择地相应于电压Ue的正直或负值。在变压器14的输出端16上建立输出电压Ua或输出电流Ia的相应的信号曲线。 从脉冲群18a或18b的各个极性的序列中还得到输出电流Ia或输出电压Ua的不同的极性序列。图3示出例如，如何为脉冲群18a提供先正后负的脉冲Ma，b的序列22a。如果相反地在输入端12上施加脉冲群18b，则得到负脉冲24b和正脉冲Ma的序列22b。根据序列22a，b的极性序列，在输出端16 —侧上推断出在输入端12上的相应的脉冲序列并且由此推断出信号8的相应的值10a，b。
分别借助于序列22a，b的整体性，也就是也借助于整个脉冲群18a，b，而并不仅借助于序列22a，b的分配给各单个的脉冲20a或20b的那些部分(脉冲2 或Mb)来进行检测。因此，例如可以借助于在各个脉冲Ma，b之间的边沿曲线(正的或负的过零点)，也就是各自大约在序列22a，b中间进行评价。此外，图3示出如下实施方式，在该实施方式中，脉冲群18a，b的两个脉冲20a，b 的振幅Atl和-Atl在绝对值上相等(Atl),但具有相反的符号。在此还提供有以下可能，即，对整个两个脉冲Ma，b也鉴于其振幅以其整体进行评价。那么，这两个振幅也应该大约大小相等并且具有相反的符号。由此，对于待传送的二进制值(第一或第二值)的检测也进行对整个脉冲序列18a，b而不仅是对其部分脉冲20a，b的评价。在上述第一实施方式中，始终选择同样大的各个时间间隔Tk，也就是说各自相同的脉冲群18a，b的分别重复以固定的重复频率来进行。在本方法的可选择的实施方式中，可以通过使用不同的或依赖于信号变化的时间间隔Tk通过变压器14与第一信号8a平行地传送第二信号Sb。图4相应地示出一个变形方案，在该变形方案中附加于信号8a还传送信号Sb。该信号例如也只具有两个值26a，b。所述值^a，b被以不同的间隔Tk来转化。在此，时间间隔Tki相应于值^a，时间间隔Tk2相应于值^b。这些相应的时间间隔TK1,2再次如图3所示那样在输出端16上同样被评价或识别为两个序列22a，b之间的时间间隔，并且由此重建 it 26a, b。图5示出另一个可选择的实施方式，用于展示第三信号8c和其通过变压器14的传送过程。以常规的方式将信号8a编码，而信号8c的值^a，b则通过各单个脉冲18a，b 的不同的脉冲持续时间TP1,2来编码。与图3相应地，在输出端16上的评价再次根据脉冲 24a, b或序列22a，b的脉冲持续时间的区别来进行。附图标记列表
2驱动器
4功率半导体
6逻辑电路
8a_c信号
10a, b值
12输入端
14变压器
16输出端
18a, b脉冲群
20a, b脉冲
22a, b序列
24a, b脉冲
26a, b值
28a, b值
IE, A电流
UE, A电压
t时间
TE1J2间隔
TP1J2脉冲持续时间
A0振幅
权利要求
1.用于通过功率半导体(4)的驱动器O)的变压器段分别传送代表二进制值(10a，b) 的信号(8a)的方法，在所述方法中-为第一值(IOa)将第一脉冲群(18a)作为正脉冲(20b)和负脉冲(20a)的序列输入给所述变压器(14)的输入端(12)，或为第二值(IOb)将第二脉冲群(18b)作为负脉冲(20a) 和正脉冲OOb)的序列输入给所述变压器(14)的输入端(12)，-将各自的所述脉冲群(18a，b)分别输入给所述变压器(14)，-在所述变压器(14)的输出端(16)上，从已传送的脉冲群(18a，b)内输出量(UA，Ia) 的极性序列(22a，b)中检测出所述第一值(IOa)或所述第二值(10b)。
2.根据权利要求1所述的方法，在所述方法中，在所述脉冲群(18a，b)中所述两个脉冲(20a，b)的各自的振幅至少大致大小相等。
3.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述信号(8a)是第一信号(8a)， 在所述方法中-在所述输入端(12)上，同一值(10a，b)的两个分别彼此跟随的脉冲群(18a，b)之间的时间间隔(Tk)依赖于待传送的第二信号(8b)来改变，-在所述输出端(16)上，从映射在所述输出量( ，Ia)中的脉冲群(18a，b)中测定所述时间间隔(Tk)，-从所述时间间隔(Tk)中重建所述第二信号(Sb)。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，在所述方法中-在所述输入端(1 上，所述脉冲O0a，b)的脉冲持续时间(TP1,2)依赖于待传送的第三信号(8c)来改变，-在所述输出端(16)上，从映射在所述输出量( ，Ia)中的脉冲群(18a，b)中测定所述脉冲Q0a，b)的所述脉冲持续时间(TP1,2)，-从所述脉冲持续时间(TP1,2)中重建所述第三信号(Sc)。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过变压器段传送二进制信号的方法。在用于通过功率半导体(4)的驱动器(2)的变压器段分别传送代表信号(8a)的二进制值(10a，b)的方法中-为第一值(10a)将第一脉冲群(18a)作为正脉冲(20b)和负脉冲(20a)的序列输入给变压器(14)的输入端(12)，或为第二值将第二脉冲群(18b)作为负脉冲(20a)和正脉冲(20b)的序列输入给变压器(14)的输入端(12)，将各自的所述脉冲群(18a，b)分别输入给变压器(14)，在变压器(14)的输出端(16)上，从已传送的脉冲群(18a，b)内输出量(UA，IA)的极性序列(22a，b)中检测出第一值(10a)或第二值(10b)。
文档编号H03K17/567GK102324917SQ20111012382
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者丹尼尔·奥伯内德尔, 亚历山大·米尔赫费尔, 冈特·柯尼希曼, 马库斯·霍夫迈尔 申请人:赛米控电子股份有限公司