KR20110124137A - 트랜스포머 섹션을 통한 이진 신호의 전송 방법 - Google Patents

트랜스포머 섹션을 통한 이진 신호의 전송 방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 트랜스포머 섹션을 통하여 이진 신호를 전송하기 위한 방법에 관한 것으로서,
전력 반도체(4)의 구동기(2)의 트랜스포머 섹션을 통해 신호값(10a, 10b)을 나타내는 신호(8a)를 반복적으로 전송하기 위한 방법에 있어서,
- 제1 신호값(10a)을 위해 양의 펄스(20b) 및 음의 펄스(20a)의 열로서 제1 펄스 패킷(18a), 또는 제2 신호값(10b)을 위해 음의 펄스(20a) 및 양의 펄스(20b)의 열로서 제2 펄스 패킷(18b)이 트랜스포머(14)의 입력단(12)으로 입력되고,
- 상기 각각의 펄스 패킷들(18a, 18b)은 트랜스포머(14)로 각각 입력되며,
- 전송된 펄스 패킷(18a, 18b) 내에서 출력 변수(UA, IA)의 극성의 펄스 열(22a, 22b)로부터 트랜스포머(14)의 출력단(16)에서 제1 신호값(10a) 또는 제2 신호값(10b)이 검출된다.

Description

트랜스포머 섹션을 통한 이진 신호의 전송 방법{Method for transmitting a binary signal via a transformer section}
이 발명은 전력 반도체의 구동기(driver)의 트랜스포머 섹션을 통해 이진 값을 나타내는 신호를 반복적으로 전송하기 위한 방법에 관한 것이다.
예를 들면, IGBT(insulated-gate bipolar transistor) 형태의 전력 반도체 스위치의 전력 반도체의 구동은 소위 구동 회로 또는 간단하게 말하면 구동기를 필요로 한다. 일례를 들면, 상기 구동기는 입력단에서 구동기로 입력되는 약한 전력의 논리적 스위칭 신호로부터 구동기의 출력단에서 전력 반도체에 인가되어야 하는 신호를 생성하고, 예를 들어 IGBT를 실제로 스위칭하기 위하여 필요한 상당히 증폭된 전력을 가진다. 또한, 상기 구동기는 자신의 입력단과 출력단의 사이에서, 예를 들면 접지 전위에서 동작하는 스위칭 신호 또는 구동 로직과 고-전압 전위에서 동작하는 전력 반도체와의 사이에서 전기적 또는 전위적 분리를 수행한다.
그러므로, 일반적으로 구동기내에서 예를 들면 이진 값을 나타내는 신호인 이진 신호는 구동기의 트랜스포머 섹션을 통하여 전송된다. 상기 트랜스포머는 전송되어야 하는 신호에서의 전위적 분리에 영향을 미친다. 이에 대응하는 이진 신호는 예를 들면 트랜스포머의 스위치-온 또는 스위치-오프 신호이다. 스위칭 신호 형태의 신호는 예를 들면 단지 2개의 값인 "온"과 "오프"를 가진다. 높은 스위칭 신뢰도를 얻기 위하여, 대응되는 신호들 또는 신호 값들을 반복적으로 전송하는 것이 보편적이다. 예를 들면, 스위치-온 신호가 인가되었을 때, 예를 들어 중앙 전위로부터 진행하는 제1 값으로서 반복적으로 양(+) 전압 펄스들을 트랜스포머에 입력하는 것이 잘 알려져 있다. 이 펄스들은 전력 반도체의 스위치-오프가 필요하게 될 때까지 트랜스포머로 입력된다. 중앙 전위로부터 진행하면서, 반복적으로 음(-) 전압 펄스들이 그 후에 트랜스포머로 입력된다.
스위치-온 신호 및 스위치-오프 신호가 둘다 존재하는 동안에, 각각의 동일한 양(+) 또는 음(-)의 전압 펄스들이 반복적으로 인가된 결과로서 트랜스포머 또는 트랜스포머의 자화는 양(+) 또는 음(-)의 포화상태에 도달한다. 상기 트랜스포머의 포화상태를 피하기 위하여, 후자가 적어도 부분적으로 다시 소자될 수 있도록 트랜스포머의 회복시간으로서 2개의 동일한 반복적으로 연속적으로 인가된 펄스들 사이의 시간을 이용하는 것이 알려져 있다. 그러므로, 2개의 동일한 각각의 펄스들 사이에서 최소 시간 또는 최소 무효 시간(minimum dead time)을 준수하는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은 전력 반도체의 구동기의 트랜스포머 섹션을 통해 이진 값을 나타내는 신호를 반복적으로 전송하기 위한 개선된 방법을 제공하는 데에 있다.
상기한 본 발명의 목적은 청구항 1항에 따른 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 이진 신호의 제1 값을 위하여, 양의 펄스 및 음의 펄스의 펄스 열로서 제1 펄스 패킷이 - 중앙 신호 위치로부터 진행하면서 - 트랜스포머의 입력단으로 입력된다. 또한, 이진 신호의 제2 값을 위해, 음의 펄스 및 양의 펄스의 펄스 열로서 제2 펄스 패킷이 트랜스포머로 입력된다. 이 경우에, 펄스는 예를 들면 전류 펄스 또는 전압 펄스가 될 수 있다. 그러므로, 예를 들면 중앙 전압으로부터 진행하면서 양 및 음의 전압 펄스 또는 전압의 열, 또는 음-양의 전압 펄스 또는 전압의 열이 트랜스포머로 입력된다. 일예로서, 영 전류로부터 진행하는 짧은 양의 전류 펄스와 그 다음의 음의 전류 펄스, 또는 그 반대의 형태로 입력될 수 있다.
상기 각각의 동일한 펄스 패킷들은 트랜스포머로 각각 입력된다. 출력 변수의 극성은 그 다음에 트랜스포머의 출력단에서 모니터링되고 평가된다. 이 경우에, 상기 출력 변수는 예를 트랜스포머의 출력 전압 또는 출력 전류가 될 수 있다. 그러나, 상기 평가는 2개 펄스중 하나로부터가 아니라 그 전체 또는 상기 펄스 열내의 전체 신호 프로파일로부터 영향을 받는다. 그러므로, 상기 신호의 제1 또는 제2 값은 상기 극성의 열로부터 또는 전송된 패킷 내에서 출력 변수의 극성의 변화로부터 검출된다. 이를 위한 단 하나의 조건은 예를 들면 특정한 세트의 타이밍 제한을 따름으로써 트랜스포머의 출력단에서 상기 패킷의 경계가 확인될 수 있어야 한다는 점이다.
펄스 패킷이 각각 양의 펄스와 음의 펄스 모두를 포함하고 있기 때문에 트랜스포머가 포화점에 도달하는 것을 방지할 수가 있다. 이러한 목적을 위해, 일예로서, 상기 양과 음의 펄스들은 예를 들면 트랜스포머에서 자화 효과가 적어도 서로를 보상해주는 것과 같은 방식으로, 그들이 포함하는 에너지에 관하여 서로 적용된다. 상기 각각의 펄스 패킷의 결과로서 상기 트랜스포머가 포화점에 도달하지 못하기 때문에 동일한 이진 값의 2개의 반복적인 펄스 패킷들 사이의 무리한 중지 또는 무효 시간을 따르는 것이 특히 필요하다. 그러므로 상기 펄스 패킷은 상기 패킷의 경계를 확인하기 위한 상기 조건들을 따르는 동안에 원하는 만큼 신속하게 특히 어떤 요구 시간 간격으로 실질적으로 서로 연속될 수 있다.
이 경우에, 구동기의 트랜스포머 섹션은 일차측으로부터 이차측으로 그리고 반대 방향으로도 둘다 위치될 수 있다. 본 발명에 따른 방법을 위한 단 한가지의 필요조건은 예를 들면 출력단 측에서 트랜스포머에 연결된 평가회로와 같은 상기 신호 수신기가 트랜스포머의 양 및 음의 출력 신호들을 둘 다 평가할 수 있다는 점이다.
상기 제1 신호는 예를 들면 일차측으로부터 이차측으로 전송되어야 하는 스위칭 신호 또는 반대 방향으로 전송되어야 하는 오류신호가 될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 펄스패킷내의 2개의 펄스들의 각각의 진폭은 크기면에서 적어도 거의 동일하다. 다른 말로 말하자면, 예를 들면 동일한 크기와 반대 부호를 갖는 2개의 펄스들로 펄스 패킷이 이루어진다. 만약 그들의 시간 기간이 또한 동일하다면, 상기 펄스들의 에너지 함유량은 위에서와 같이 동일하게 된다.
본 발명의 방법의 실시예로서. 이진 신호는 제1 신호이고, 전송되어져야 하는 제2 신호에 종속적인 방식으로, 트랜스포머의 입력단에서 제1 신호의 동일한 값의 2개의 반복적 연속적인 펄스 패킷들 사이의 시간 간격이 변화된다. 트랜스포머의 출력단에서 상기 출력 변수에 맵핑된 검출된 펄스 패킷들로부터 상기 시간 간격이 결정되고, 상기 출력단 측에서 결정된 상기 시간 간격으로부터 제2 신호가 재구성된다.
위에서 언급하였듯이, 본 발명에 따르면, 2개의 펄스 패킷들 사이의 최소 무효 시간을 따를 필요가 없고, 상기 시간 간격들은 넓은 범위에서 변화될 수 있기 때문에, 제2 신호는 전송되어야 하는 실제 제1 이진 신호상에 중첩될 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 신호는 예를 들면 단지 두개의 값을 갖는 이진 신호가 될 수 있고, 그에 따라 연속적인 펄스 패킷들 사이의 두개의 신호 간격들이 될 수 있다. 그러나, 여기에서, 출력단 측에서의 평가 로직회로에 따라 다수의 값들 또는 하나의 연속적인 신호는 제2 신호로서 생각될 수 있고, 이를 다시 말하면 펄스 패킷들 사이에 다수의 서로 다른 또는 연속적으로 변화하는 시간 간격들이 존재한다는 점이다.
상기 제1 신호의 하나의 이진 값의 최종 펄스 패킷과 다른 이진 값의 제1 펄스 패킷의 사이에서의 시간 간격이 유효한 제2 신호로서 식별되어서는 안되도록, 상기 제1 신호의 값의 변화는 어떤 임의의 시간 지점에서도 영향을 받을 수 있다는 사실을 고려하는 것은 매우 중요하다.
상기 제2 신호는 예를 들면 중간 회로 전압 또는 소프트-오프 스위칭 신호가 될 수 있다.
상기 방법의 다른 실시예로서, 선택적으로 또는 부가적으로, 전송되어야 하는 제3 신호에 종속적인 방식으로 트랜스포머 입력단에서 상기 펄스의 펄스 기간이 변화된다. 다음에, 트랜스포머 출력단에서 상기 펄스의 펄스 기간이 결정되고, 상기 제3 신호는 상기 펄스 기간으로부터 재구성된다. 따라서, 하나의 그리고 동일한 신호에서 부가적인 정보가 제3 신호의 형태로 전송될 수 있고, 제2 신호와 같이 동일한 방식으로 이진값이거나, 다중값이거나, 연속적이 될 수 있다. 트랜스포머 입력단에서의 신호 생성을 위한 조건에 따라, 제1 이진 신호에서의 변화가 펄스 패킷의 기간을 넘어서 허용되거나 전송되어진다. 제1 및 제3 신호는 그러므로 서로간에 간섭되지 않는다. 그러나, 일반적으로, 상기 신호가 예를 들면 전력 반도체 스위치를 위한 스위칭 신호이라면 상기 제1 신호에 우선 순위를 두는 것이 바람직하게 될 것이며, 상기 제2 및 제3 신호는 예를 들면 덜 중요한 전송될 데이터임을 나타낸다.
상기 제3 신호는 예를 들면 측정 온도의 값을 나타낼 수 있다.
상기 제1 신호 및 제3 신호에 관한 신호 전송을 위하여 위에서 언급한 3가지의 가능성 모두는 일차측으로부터 이차측으로 또는 그 반대의 두가지 경우 모두에 대해 서로 독립적으로 또는 조합을 이루어 함께 사용될 수 있다. 상기 신호들의 전송은 항상 동일한 방향에서 병렬로 수행된다.
이 발명은 전력 반도체의 구동기의 트랜스포머 섹션을 통해 이진 값을 나타내는 신호를 반복적으로 전송할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명을 더 잘 기술하기 위해, 도면에 도시된 실시예들이 참조되며, 개략적 기본 도면으로 도시된 각 경우에:
도 1은 전력 반도체 스위치의 구동기를 보여준다.
도 2는 제1 이진 값 신호의 전송을 위한 도 1의 구동기에서의 신호 프로파일들을 보여 준다.
도 3은 도 2의 신호 프로파일들을 세부적으로 보여준다.
도 4는 전송되어야 하는 제2 신호를 위한 구동기에서의 대응 신호 프로파일들을 보여준다.
도 5는 전송되어야 하는 제3 신호를 위한 구동기에서의 대응 신호 프로파일들을 보여준다.
도 1은 전력 반도체(4)의 구동기(2)를 보여주며, 전력 반도체(4)의 스위칭 상태 "온" 또는 "오프"를 위한 스위칭 신호로서 로직 회로(6)에 의해 신호(8)가 공급된다. 따라서 상기 신호(8)는 이진 신호이거나 또는 각각 "오프"와 "온"에 대응하는 2개의 신호값(10a, 10b)을 갖는다. 상기 신호(8)는 트랜스포머(14)의 입력단(12)을 통과하게 되고, 상기 트랜스포머(14)는 출력단(16)으로 신호(8)의 전기적 분리 전송에 영향을 준다. 상기 트랜스포머(14)는 입력단(12)에서 입력 변수들로서 입력 전류(IE)와 입력 전압(UE)을 가지고 있고, 출력단(16)에서 출력 변수들로서 출력 전류(IA)와 출력 전압(UA)을 가지고 있다.
도 2는 시간(t)에 대하여 도시된 상기 신호(8)를 확대된 도면으로 다시 보여 주고 있다. 본 발명에 따르면, 상기 신호(8)를 표시하기 위하여 펄스 패킷들(18a, 18b)이 다시 각각 트랜스포머(14)로 반복적으로 입력된다. 펄스 패킷(18a)은 신호값(10a)을 위하여 선택되고, 펄스 패킷(18b)은 신호값(10b)을 위하여 선택된다. 상기 펄스 패킷(18a)은 음(-)의 펄스(20a)와 그 뒤의 양(+)의 펄스(20b)의 열로 구성되는데 반하여, 상기 양(+)의 펄스 패킷(18b)은 양(+)의 펄스(20b)와 그 뒤의 음(-)의 펄스(20a)의 열로 구성된다. 상각 각각의 펄스 패킷들(18a, 18b)은 각각의 경우에 예를 들면 시간 간격(TR)으로 반복적으로 전송된다. 신호(8)에서 신호값(10a)이 신호값(10b)으로 또는 신호값(10b)이 신호값(10a)으로 변화되는 것은 각각의 최종 펄스 패킷(18a)과 제1 펄스 패킷(10b), 또는 최종 펄스 패킷(18b)과 제1 펄스 패킷(18a)의 사이의 어느 시간 중이라도 발생될 수 있기 때문에, 매 경우마다 시간 간격(TR)과 동일하거나 작은 시간 간격들이 있다.
각각의 펄스(20a, 20b)는 도 1에서 각각 전류(IR)의 양(+) 또는 음(-)의 값에 대응되거나, 또는 선택적으로 입력 전압(UE)의 양(+) 또는 음(-)의 값에 대응된다.
출력 전압(UA) 또는 출력 전류(IA)의 대응 신호 프로파일들은 트랜스포머(14)의 출력단(16)에서 형성된다. 출력 전압(UA) 또는 출력 전류(IA)를 위한 서로 다른 극성의 열은 또한 펄스 패킷들(18a, 18b)의 각각의 극성의 열로부터 또한 발생된다.
도 3은 예를 들면 첫번째의 양(+) 및 후속 음(-)의 펄스들(24a, 24b)의 펄스 열(22a)이 어떻게 펄스 패킷(18a)을 위하여 발생되는지를 보여주고 있다.
이에 비해서, 만약 펄스 패킷(18b)이 입력단(12)에 인가된다면, 음(-)의 펄스(24b) 및 양(+)의 펄스(24a)의 펄스 열(22b)이 발생된다. 펄스 열들(22a, 22b)의 극성 열에 따라, 입력단(12)에서의 대응 펄스 열과 그에 따른 신호(8)의 대응 신호값(10a, 10b)은 출력단(16) 측에서 추정된다.
검출은 각각의 경우에 펄스 열들(22a, 22b)의 전체를 기초로 하여, 다시 말하면 개별적인 펄스(20a, 20b)에 할당되어야 하는 펄스 열들(22a, 22b)의 일부분 펄스들(24a, 24b))을 기초로 하지 않고, 전체 펄스 패킷들(18a, 18b)을 기초로 하여 발생된다. 따라서, 평가는 예를 들면 각각의 펄스들(24a, 24b)의 사이에, 다시 말하면 펄스 열들(22a, 22b)에서 각각의 경우에 거의 중앙에서 엣지 프로파일(양 또는 음의 원점 교차점)을 기초로 하여 발생될 수 있다.
도 3은 펄스 패킷들(18a, 18b)의 2개의 펄스들(20a, 20b)의 크기(A0, -A0)가 동일한 절대값(A0)을 가지면서 반대 부호를 가지는 실시예를 부가적으로 보여주고 있다. 전체 2개의 펄스들(24a, 24b)을 그들의 진폭 전체에 관하여 평가를 하는 가능성 또한 대안적이다. 두개의 진폭들은 크기면에서 거의 동일해야 되고 반대 부호를 가져야 한다. 이런 식으로, 전송되어야 할 이진 값(제1 또는 제2 값)의 검출과 관련하여 부분적인 펄스들(20a, 20b) 보다는 전체 펄스 열(18a, 18b)이 평가된다.
위에서 언급한 제1 실시예에서, 각각의 시간 간격(TR)은 항상 크기면에서 동일하게 선택되는데, 다시 말하면 각각 동일한 펄스 패킷들(18a, 18b)의 계속적인 반복은 고정 반복 주파수로 발생된다.
상기한 방법의 다른 실시예에서, 신호-의존적 방식으로 서로 다르거나 또는 변화되는 시간 간격(TR)의 사용을 통하여, 트랜스포머(14)를 경유하여 제1 신호(8a)와 병렬적으로 제2 신호(8b)를 전송하는 것이 가능하다.
도 4는 이에 따라 신호(8a)에 더하여 신호(8b)가 또한 전송되어져야 하는 변수를 보여 주고 있다. 신호(8a)는 또한 실시예에서 단시 2개의 값(26a, 26b)만을 가지고 있다. 상기 값들(26a, 26b)은 서로 다른 시간 간격(TR)으로 변환된다. 이 경우에, 시간 간격(TR1)은 값(26a)에 대응되고, 시간 간격(TR2)은 값(26b)에 대응된다. 상기 대응 시간 간격들(TR1,TR2)은 비슷한 방법으로 평가되거나 출력단(16)에서 도 3에 따라 2개의 펄스 열들(22a, 22b) 사이의 시간간격으로서 확인되며, 상기 값들(26a, 26b)은 이에 따라 재구성된다.
도 5는 제3 신호(8c) 및 트랜스포머(14)를 통한 제3 신호(8c)의 전송을 나타내기 위한 또 다른 실시예를 보여 주고 있다. 상기 신호(8a)는 종래의 방법으로 코딩되지만, 신호(8c)의 값들(28a, 28b)은 개별적인 펄스들(18a, 18b)의 서로 다른 펄스 기간(TP1, TP2)에 의해 코딩된다. 도 3에 대응하는 방식으로 펄스들(24a, 24b) 또는 펄스 열들(22a, 22b)의 펄스 기간의 구별에 따라 출력단(16)에서의 평가가 이루어진다.
2: 구동기(Driver) 4: 전력 반도체(Power semiconductor)
6: 논리 회로(Logic circuit) 8a, 8b, 8c: 신호(Signal)
10a, 10b: 신호값(Value) 12: 입력단(Input)
14: 트랜스포머(Transformer) 16: 출력단(Output)
18a, 18b: 펄스 패킷(Pulse packet) 20a, 20b : 펄스(Pulse)
22a, 22b : 펄스 열(Sequence) 24a, 24b : 펄스(Pulse)
26a, 26b : 값(Value) 28a, 28b : 값(Value)
IE, IA : 전류(Current) UE, UA : 전압(Voltage)
t : 시간(Time) TR1, TR2 : 시간 간격(Interval)
TP1, TP2 : 펄스 기간(Pulse duration) A0 : 진폭(Amplitude)

Claims (4)

  1. 전력 반도체(4)의 구동기(2)의 트랜스포머 섹션을 통해 신호값(10a, 10b)을 나타내는 신호(8a)를 반복적으로 전송하기 위한 방법에 있어서,
    - 제1 신호값(10a)을 위해 양의 펄스(20b) 및 음의 펄스(20a)의 열로서 제1 펄스 패킷(18a), 또는 제2 신호값(10b)을 위해 음의 펄스(20a) 및 양의 펄스(20b)의 열로서 제2 펄스 패킷(18b)이 트랜스포머(14)의 입력단(12)으로 입력되고,
    - 각각의 상기 펄스 패킷들(18a, 18b)은 트랜스포머(14)로 각각 입력되며,
    - 전송된 펄스 패킷(18a, 18b) 안에서 출력 변수(UA, IA)의 극성의 펄스 열(22a, 22b)로부터 트랜스포머(14)의 출력단(16)에서 제1 신호값(10a) 또는 제2 신호값(10b)이 검출되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머 섹션을 통한 이진 신호의 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 패킷(18a, 18b) 내에서 2개의 펄스(20a, 20b)의 각각의 진폭은 적어도 크기가 거의 동일한 것을 특징으로 하는 트랜스포머 섹션을 통한 이진 신호의 전송 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 신호(8a)는 제1 신호(8a)가 되고,
    - 입력단(12)에서 동일한 신호값(10a, 10b)의 2개의 반복적 연속적 펄스 패킷들(18a, 18b)의 사이의 시간 간격(TR)이 전송되어야 하는 제2 신호(8b)에 종속적인 방식으로 변화되고,
    - 출력단(16)에서 시간 간격(TR)이 출력 변수(UA, IA)로 맵핑된 펄스 패킷들(18a, 18b)로부터 결정되며,
    - 상기 제2 신호(8b)는 상기 시간 간격(TR)으로부터 재구성되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머 섹션을 통한 이진 신호의 전송 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    - 입력단(12)에서 상기 펄스(20a, 20b)의 펄스 기간(TP1, TP2)이 전송되어야 하는 제3 신호(8c)에 종속적인 방식으로 변화되고,
    - 출력단(16)에서 상기 펄스(20a, 20b)의 펄스 기간(TP1, TP2)이 출력 변수(UA, IA)로 맵핑된 펄스 패킷들(18a, 18b)로부터 결정되며,
    - 상기 제3 신호(8c)는 상기 펄스 기간(TP1, TP2)으로부터 재구성되는 것을 특징으로 하는 트랜스포머 섹션을 통한 이진 신호의 전송 방법.
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