JP2011239375A - トランス部を介して２進信号を送信するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トランス部を介して２進信号を送信するための方法を提供する。
【解決手段】パワー半導体のドライバにおけるトランス部を介して、２進値１０ａ、１０ｂを表す信号８ａを繰り返し送信するための方法において、第１の値１０ａのための、正パルス２０ｂおよび負パルス２０ａのシーケンスとしての第１のパルスパケット１８ａ、または第２の値１０ｂのための、負パルス２０ａおよび正パルス２０ｂのシーケンスとしての第２のパルスパケット１８ｂが、トランスの入力部に供給され、それぞれのパルスパケット１８ａ、１８ｂが、トランスに繰り返し供給され、第１の値１０ａまたは第２の値１０ｂが、送信されたパルスパケット１８ａ、１８ｂ内における出力変数の極性のシーケンスから、トランスの出力部において検出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、パワー半導体のドライバにおけるトランス部を介して、２進値を表す信号を繰り返し送信するための方法に関する。

例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の形態をしたパワー半導体スイッチにおけるパワー半導体の駆動には、いわゆるドライバ回路、または略してドライバを必要とする。例として、ドライバは、入力部においてドライバに供給される弱い電力の論理スイッチング信号から、ドライバの出力部でパワー半導体に印加されることになる、かつ著しく増加された電力を有する信号を生成するが、この信号は、ＩＧＢＴを実際にスイッチングするために必要である。さらに、ドライバは、その入力部と出力部との間、例えば地電位で動作するスイッチング信号またはドライブ論理と、高電位で動作するパワー半導体との間の電気または電位分離を実行する。

したがって、一般に、このドライバ内では、２進信号、すなわち２進値を表す信号が、ドライバのトランス部を介して送信される。トランスは、送信される信号において電位分離を達成する。対応する２進信号は、例えばトランス用のスイッチオンまたはスイッチオフ信号である。スイッチング信号の形態をした信号は、例えば、２つの信号値「オン」および「オフ」だけを有する。高いスイッチング信頼性を得るために、対応する信号または信号値を繰り返し送信するのが慣例である。例えば、スイッチオン信号が印加される場合には、例えば、中心電位から始まる第１の２進値として、正の電圧パルスをトランスに繰り返し供給することが周知である。これらのパルスは、パワー半導体のスイッチオフが望ましくなるまで、トランスに供給される。その後すぐに、中心電位から始まる反復的な負の電圧パルスが、トランスに供給される。

スイッチオン信号およびスイッチオフ信号両方の存在中に、トランスまたはその磁性は、それぞれ同一の正または負の電圧パルスの繰り返される印加の結果として、正または負の飽和に達する。トランスの飽和を回避するために、２つの同一で連続的に繰り返し印加されるパルス間の時間を、トランス用の回復時間として利用して、トランスが、少なくとも部分的に再び消磁できるようにすることが知られている。したがって、２つの同一の繰り返しパルス間の最小時間または最小デッドタイムを順守することが必要である。

本発明の目的は、パワー半導体のドライバにおけるトランス部を介して、２進値を表す信号を繰り返し送信するための改善された方法を特定することである。

この目的は、請求項１に係る方法によって達成される。

本発明に従い、信号の２進値の第１の値用に、中央信号位置から始まる正パルスおよび負パルスのシーケンスとしての第１のパルスパケットが、トランスの入力部に供給される。一方で、２進信号の第２の値用に、負パルスおよび正パルスのシーケンスとしての第２のパルスパケットが、トランスに供給される。この場合に、パルスは、例えば電流パルスまたは電圧パルスとすることができる。したがって、例えば中心電圧から始まり、正および負の電圧パルスもしくは電圧のシーケンス、または負−正シーケンスが、トランスに供給される。例として、ゼロ電流から始まり、短い正電流パルスおよび後続する負電流パルス（逆もまた同様である）もまた、供給することができる。

それぞれの同一のパケットが、トランスに繰り返し供給される。次に、出力変数の極性が、トランスの出力部において監視または評価される。この場合に、出力変数は、再び、例えばトランスの出力電圧または出力電流とすることができる。しかしながら、次に、評価は、ただ単に２つのパルスのうちの１つからではなく、その全体またはパルスシーケンス内の信号プロファイル全体から行われる。したがって、２進信号の第１または第２の値は、送信されたパケット内における出力変数の極性シーケンスまたは極性における変化からのみ検出される。このためのただ１つの条件は、トランスの出力部におけるパケット境界が、例えば、特定の設定されたタイミング制限に従うことによって認識可能でなければならないということである。

各パルスパケットが、それぞれ正パルスおよび負パルスの両方を含むという事実によって、トランスが飽和に達するのを防ぐことが可能である。この目的のために、例として、正および負パルスは、次のような方法で、それらが含むエネルギに関して互いに適合される。すなわち、例えば、トランスにおけるパルスの磁化効果が、少なくともおおよそ互いを補償するような方法で適合される。トランスが、それぞれのパルスパケットの結果として飽和に達しないので、特に、同じ２進値の２つの繰り返しパルスパケット間の上記の強制された休止またはデッドタイムに従うことは必要ではない。したがって、パルスパケットは、パケット境界を識別するための上記の条件に従いながら、特に任意の所望の時間間隔において事実上所望の速さで互いに続くことができる。

この場合に、ドライバのトランス部は、一次側から二次側へ、および反対方向の両方に位置することができる。本発明による方法のただ１つの必要条件は、信号受信機、すなわち出力側でトランスに接続された評価回路が、トランスの正および負の出力信号の両方を評価できるということである。

第１の信号は、例えば、一次側から二次側に送信されるスイッチング信号、または反対方向に送信される故障信号とすることができる。

好ましい一実施形態において、パルスパケット内における２つのパルスのそれぞれの振幅は、大きさが少なくともほぼ等しい。換言すれば、パルスパケットは、例えば、等しい大きさで反対符号の２つのパルスからなる。次に、それらの幅がまた同一である場合には、パルスのエネルギ含量は、上記に従って再び同一になる。

方法の有利な一実施形態において、２進信号は、第１の信号であり、トランスの入力部において、第１の信号における同じ値の２つの繰り返し連続パルスパケット間の時間間隔は、送信される第２の信号に依存して変更される。次に、出力部で、時間間隔は、出力変数にマッピングされた検出パルスパケットから決定され、第２の信号は、出力側で決定された時間間隔から再構成される。

言及したように、本発明によれば、２つのパルスパケット間の最小デッドタイムに従う必要がなく、かつ時間間隔は、広範囲に変更することができるので、したがって第２の信号は、送信される実際の第１の２進信号上に重畳することができる。この場合に、第２の信号もまた、例えば、２つの値およびしたがって連続パルスパケット間の２つの時間間隔だけを有する２進信号とすることができる。しかしながら、ここで、出力側における評価論理に依存して、複数の値または連続信号が、第２の信号として考えられ得る。すなわち、パルスパケット間に、複数の異なるまたは連続的に変化する時間間隔が存在する。

第１の信号における１つの２進値の最後のパルスパケットと、もう一方の２進値の第１のパルスパケットとの間の時間間隔が、有効な第２の信号として識別されることがないように、第１の信号の値における変化が、一般に、任意の所望の時点で達成可能であるという事実を考慮することが必要であるだけである。換言すれば、この時点における第１の信号の値の変化は、一般に第２の信号の値を破壊する。

第２の信号は、例えば、中間回路電圧またはソフトオフスイッチング信号の値とすることができる。

方法のさらなる実施形態において、代替または追加として、入力部では、送信される第３の信号に依存する方法でパルスのパルス幅が変更される。次に、出力部において、パルスのパルス幅が決定され、第３の信号が、パルス幅から再構成される。したがって、全く同一において、さらなる追加情報を、第３の信号の形態で送信することができるが、第３の信号は、第２の信号と同じ方法で、２進、多値、または連続値とすることができる。トランス入力部における信号生成のために条件に依存して、第１の２進信号における変化が、パルスパケット期間の外部でのみ可能にされるかまたは送信されることをまた保証することができる。したがって、例えば、第１および第３の信号は、互いを相互に乱すことがなくなる。しかしながら、一般に、前記信号が、例えばパワー半導体スイッチ用のスイッチング信号であるが、しかし第２および第３の信号が、例えば、送信されるそれほど重大でないデータを表す場合には、第１の信号の優先が望ましい。

第３の信号は、例えば、測定された温度の値を表すことができる。

したがって、第１〜第３の信号に関して信号送信のために上記した３つの全ての可能性は、一次側から二次側（逆も同様である）へ互いに独立して、または対応する組み合わせにおいて一緒に使用することができる。信号の送信は、常に、同じ方向に並列で行われる。

本発明のさらなる説明のために、各場合に基本的な概略図である図面の例示的な実施形態について言及する。

パワー半導体スイッチのドライバを示す。 第１の２進値信号の送信用の、図１のドライバにおける信号プロファイルを示す。 図２の信号プロファイルを詳細に示す。 送信される第２の信号用の、ドライバにおける代替信号プロファイルを示す。 送信される第３の信号用の、ドライバにおける代替信号プロファイルを示す。

図１は、パワー半導体４用のドライバ２を示すが、このドライバ２は、パワー半導体４のスイッチング状態「オン」または「オフ」用のスイッチング信号として信号８を論理回路６によって供給される。したがって、信号８は、２進信号であるか、またはたった２つの値、すなわち「オフ」に対応する１０ａおよび「オン」に対応する１０ｂを有する。信号８は、トランス１４の入力部１２に伝達され、トランス１４は、出力部１６への、信号８の電気的に分離された送信を達成する。トランス１４は、その入力部１２において、入力変数として入力電流Ｉ_Ｅおよび入力電圧Ｕ_Ｅ、ならびにその出力部において、出力変数として出力電流Ｉ_Ａおよび出力電圧Ｕ_Ａを有する。

図２は、時間ｔに対してプロットされた信号８を拡大図で再び示す。次に、本発明に従って、信号８を表すために、パルスパケット１８ａ、ｂが、それぞれトランス１４に繰り返し供給される。パルスパケット１８ａは、値１０ａ用に選択され、パルスパケット１８ｂは、値１０ｂ用に選択される。パルスパケット１８ａが、それぞれ、負パルス２０ａおよび後続する正パルス２０ｂのシーケンスからなるのに対して、正のパルスパケット１８ｂは、正パルス２０ｂおよび後続する負パルス２０ａからなる。それぞれのパケット１８ａまたは１８ｂは、その都度、すなわち時間間隔Ｔ_Ｒで繰り返し送信される。信号８における値１０ａから値１０ｂへの変化、または値１０ｂから値１０ａへの変化が、それぞれの最後のパルスパケット１８ａと第１のパルスパケット１０ｂとの間、または最後のパルスパケット１８ｂと第１のパルスパケット１８ａとの間の任意の時点で起こり得るので、各場合に、間隔Ｔ_Ｒ未満かまたは等しい時間間隔が存在する。

それぞれのパルス２０ａまたは２０ｂは、図１において電流Ｉ_Ｅの正または負値に対応するか、あるいは電圧Ｕ_Ｅの正または負値に対応する。

出力電圧Ｕ_Ａまたは出力電流Ｉ_Ａ用の対応する信号プロファイルは、トランス１４の出力部１６で確立される。出力電流Ｉ_Ａまたは出力電圧Ｕ_Ａ用の異なる極性シーケンスはまた、パルスパケット１８ａまたは１８ｂにおける極性のそれぞれのシーケンスから生じる。

したがって、図３は、例えば、最初の正パルスおよび続く負パルス２４ａ、ｂのシーケンス２２ａが、パルスパケット１８ａに対してどのように生じるかを示す。

対照的に、パルスパケット１８ｂが入力部１２に印加された場合には、負パルス２４ｂおよび正パルス２４ａのシーケンス２２ｂが生じる。シーケンス２２ａ、ｂの極性シーケンスに従って、入力部１２における対応するパルスシーケンスおよびしたがって信号８の対応する値１０ａ、ｂが、出力部１６の側で推測される。

検出は、各場合に、シーケンス２２ａ、ｂの全体に基づいて、すなわち、個々のパルス２０ａまたは２０ｂに割り当てられることになるシーケンス２２ａ、ｂのその部分（パルス２４ａまたは２４ｂ）に基づくだけでなく、パルスパケット１８ａ、ｂ全体にもまた基づいて行われる。したがって、評価は、例えば、それぞれのパルス２４ａ、ｂ間のエッジプロファイル（正または負のゼロ交差）に基づいて、すなわち、各場合にシーケンス２２ａ、ｂのほぼ中央で行うことができる。

図３は、さらに実施形態、すなわち、パルスパケット１８ａ、ｂの２つのパルス２０ａ、ｂにおける振幅Ａ_０および−Ａ_０が、絶対値（Ａ_０）の点で同一であるが、しかし反対符号を有する実施形態を示す。また、ここで、２つのパルス２４ａ、ｂ全体を、それらの全体においてそれらの振幅に関して評価可能なことが、適切である。次に、両方の振幅は、再び、大きさがほぼ等しく、反対符号を有するべきである。このようにまた、送信される２進値（第１または第２の値）の検出に関して、パルスシーケンス１８ａ、ｂ全体が、その部分的なパルス２０ａ、ｂだけでなく、評価される。

上記の第１の実施形態において、それぞれの時間間隔Ｔ_Ｒは、常に、大きさが等しくなるように選択される。すなわち、それぞれ同一のパルスパケット１８ａ、ｂの反復的繰り返しは、固定した繰り返し頻度で行われる。

方法の代替実施形態では、信号に依存して異なるかまたは変化する時間間隔Ｔ_Ｒの使用を通じて、トランス１４を介し第１の信号８ａと並列に第２の信号８ｂを送信することが可能になる。

したがって、図４は、信号８ａに加えて信号８ｂがまた送信される変形を示す。例において、信号８ｂもまた、ただ２つの値２６ａ、ｂを有する。値２６ａ、ｂは、異なる間隔Ｔ_Ｒに変換される。この場合には、時間間隔Ｔ_Ｒ１は、値２６ａに対応し、時間間隔Ｔ_Ｒ２は、値２６ｂに対応する。対応する時間間隔Ｔ_Ｒ１、２は、同様に、出力部１６において、図３に従って、再び２つのシーケンス２２ａ、ｂ間の時間間隔として評価または識別され、それによって、値２６ａ、ｂが再構成される。

図５は、第３の信号８ｃ、およびトランス１４を介した信号８ｃの送信を表すさらなる代替実施形態を示す。信号の８ａは、従来の方法で符号化されるが、しかし信号８ｃの値２８ａ、ｂは、個々のパルス１８ａ、ｂの異なるパルス幅Ｔ_Ｐ１、２によって符号化される。出力部１６における評価は、再び、図３に対応する方法で、パルス２４ａ、ｂまたはシーケンス２２ａ、ｂのパルス幅の弁別に従って行われる。

２ ドライバ
４ パワー半導体
６ 論理回路
８ａ〜ｃ 信号
１０ａ、ｂ 値
１２ 入力部
１４ トランス
１６ 出力部
１８ａ、ｂ パルスパケット
２０ａ、ｂ パルス
２２ａ、ｂ シーケンス
２４ａ、ｂ パルス
２６ａ、ｂ 値
２８ａ、ｂ 値
Ｉ_Ｅ、Ａ 電流
Ｕ_Ｅ、Ａ 電圧
ｔ 時間
Ｔ_Ｒ１、２ 間隔
Ｔ_Ｐ１、２ パルス幅
Ａ_０ 振幅

Claims (4)

1. パワー半導体（４）のドライバ（２）におけるトランス部を介した、２進値（１０ａ、ｂ）を表す信号（８ａ）の繰り返し送信のための方法であって、
   − 第１の値（１０ａ）のための、正パルス（２０ｂ）と負パルス（２０ａ）のシーケンスとしての第１のパルスパケット（１８ａ）、または第２の値（１０ｂ）のための、負パルス（２０ａ）と正パルス（２０ｂ）のシーケンスとしての第２のパルスパケット（１８ｂ）が、トランス（１４）の入力部（１２）に供給され、
   − 前記それぞれのパルスパケット（１８ａ、ｂ）が、前記トランス（１４）に繰り返し供給され、
   − 前記第１の値（１０ａ）または前記第２の値（１０ｂ）が、送信されたパルスパケット（１８ａ、ｂ）内における出力変数（Ｕ_Ａ、Ｉ_Ａ）の極性のシーケンス（２２ａ、ｂ）から、前記トランス（１４）の出力部（１６）にて検出される、方法。
2. 前記パルスパケット（１８ａ、ｂ）内の前記２つのパルス（２０ａ、ｂ）のそれぞれの振幅が、大きさにおいて少なくともほぼ等しい、請求項１に記載の方法。
3. 前記信号（８ａ）が第１の信号（８ａ）であり、
   − 前記入力部（１２）にて、同じ値（１０ａ、ｂ）の２つの繰り返し連続するパルスパケット（１８ａ、ｂ）間の時間間隔（Ｔ_Ｒ）が、送信されるべき第２の信号（８ｂ）に応じるように変更され、
   − 前記出力部（１６）にて、前記時間間隔（Ｔ_Ｒ）が、前記出力変数（Ｕ_Ａ、Ｉ_Ａ）にマッピングされたパルスパケット（１８ａ、ｂ）から決定され、
   − 前記第２の信号（８ｂ）が、前記時間間隔（Ｔ_Ｒ）から再構成される、請求項１または２に記載の方法。
4. − 前記入力部（１２）にて、前記パルス（２０ａ、ｂ）のパルス幅（Ｔ_Ｐ１、２）が、送信されるべき第３の信号（８ｃ）に応じるように変更され、
   − 前記出力部（１６）にて、前記パルス（２０ａ、ｂ）の前記パルス幅（Ｔ_Ｐ１、２）が、前記出力変数（Ｕ_Ａ、Ｉ_Ａ）にマッピングされた前記パルスパケット（１８ａ、ｂ）から決定され、
   − 前記第３の信号（８ｃ）が、前記パルス幅（Ｔ_Ｐ１、２）から再構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
   

Images