RU182313U1 - DIGITAL SIGMA DELTA MODULATOR FOR POWER TRANSISTOR CONTROL - Google Patents
DIGITAL SIGMA DELTA MODULATOR FOR POWER TRANSISTOR CONTROL Download PDFInfo
- Publication number
- RU182313U1 RU182313U1 RU2018120141U RU2018120141U RU182313U1 RU 182313 U1 RU182313 U1 RU 182313U1 RU 2018120141 U RU2018120141 U RU 2018120141U RU 2018120141 U RU2018120141 U RU 2018120141U RU 182313 U1 RU182313 U1 RU 182313U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- output
- delta modulator
- adder
- memory element
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
- H03M7/30—Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
- H03M7/3002—Conversion to or from differential modulation
- H03M7/3004—Digital delta-sigma modulation
- H03M7/3015—Structural details of digital delta-sigma modulators
- H03M7/302—Structural details of digital delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution
Abstract
Полезная модель относится к импульсным модуляторам, а именно к цифровому сигма-дельта модулятору для управления силовыми транзисторами, включающему в себя цифровой отрицательный сумматор, соединенный с цифровым сумматором интегратора, который соединен с элементом памяти, вход разрешения которого подключен к таблице истинности, подключенной к двум старшим битам выхода элемента памяти и старшему биту результата цифрового отрицательного сумматора, а выход элемента памяти подключен к цифровому квантователю, выход которого подключен к блоку коррекции, на вход которого также подключен счетчик импульсов, выход блока коррекции является выходом цифрового сигма-дельта модулятора для управления силовыми транзисторами, а также подключен к цифровому отрицательному сумматору. Полезная модель обеспечивает повышение точности формирования импульсных сигналов на выходе полумоста силовых транзисторов, управляемых при помощи цифрового сигма-дельта модулятора.The invention relates to pulse modulators, namely to a digital sigma-delta modulator for controlling power transistors, which includes a digital negative adder connected to an integrator digital adder, which is connected to a memory element, whose resolution input is connected to a truth table connected to two the high bits of the output of the memory element and the high bit of the result of the digital negative adder, and the output of the memory element is connected to a digital quantizer, the output of which is connected to eye of correction whose input is also connected to the pulse counter, the output correction unit is an output of the digital sigma-delta modulator for controlling the power transistors and the negative connected to the digital adder. The utility model provides increased accuracy in the formation of pulsed signals at the output of half-bridge power transistors controlled by a digital sigma-delta modulator.
Description
Полезная модель относится к импульсным модуляторам и может быть использована в различных областях науки и промышленности при создании устройств управления электроприводом и другими индуктивно-резистивными нагрузками.The utility model relates to pulse modulators and can be used in various fields of science and industry to create devices for controlling electric drives and other inductive-resistive loads.
Из существующего уровня техники известен цифровой сигма-дельта модулятор первого порядка [Fujisaka Н. et al. Bit-stream signal processing and its application to communication systems // IEE Proceedings-Circuits, Devices and Systems. - 2002. - T. 149. - №.3. - C. 159-166.]. Такое устройство содержит два сумматора, элемент памяти и цифровой квантователь.First-order digital sigma-delta modulator is known from the prior art [Fujisaka N. et al. Bit-stream signal processing and its application to communication systems // IEE Proceedings-Circuits, Devices and Systems. - 2002. - T. 149. - No. 3. - C. 159-166.]. Such a device contains two adders, a memory element and a digital quantizer.
В данном устройстве используется единая частота квантования по времени как для входных, так и для выходных сигналов. Таким образом, при управлении силовыми транзисторами, имеющими максимальную частоту переключений менее 100 кГц, частота входного сигнала модулятора также не должна превышать 100 кГц. Для систем, использующих прямую обработку импульсных сигналов [Fujisaka Н. et al. Bit-stream signal processing and its application to communication systems // IEE Proceedings-Circuits, Devices and Systems. - 2002. - T. 149. - №.3. - C. 159-166.], это приводит к существенному снижению точности формирования импульсного сигнала на выходе силового транзистора, что является существенным недостатком данного устройства. Также при управлении при помощи данного устройства полу-мостовыми и мостовыми схемами на базе IGBT-транзисторов, отсутствует возможность установить ограничение на максимальное время открытия верхнего транзистора полу-моста, что в отдельных случаях может приводить к самопроизвольному закрытию транзистора и также снижать точность формирования выходного силового сигнала.This device uses a single time slicing frequency for both input and output signals. Thus, when controlling power transistors having a maximum switching frequency of less than 100 kHz, the frequency of the input signal of the modulator should also not exceed 100 kHz. For systems using direct processing of pulsed signals [Fujisaka N. et al. Bit-stream signal processing and its application to communication systems // IEE Proceedings-Circuits, Devices and Systems. - 2002. - T. 149. - No. 3. - C. 159-166.], This leads to a significant decrease in the accuracy of the formation of the pulse signal at the output of the power transistor, which is a significant drawback of this device. Also, when controlling with this device semi-bridge and bridge circuits based on IGBT transistors, it is not possible to set a limit on the maximum opening time of the upper semi-bridge transistor, which in some cases can lead to spontaneous closing of the transistor and also reduce the accuracy of the output power formation signal.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической задачи по устранению указанных недостатка.The proposed utility model is aimed at solving a technical problem to eliminate these drawbacks.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении точности формирования импульсных сигналов на выходе полумоста силовых транзисторов, управляемых при помощи цифрового сигма-дельта модулятора.The technical result achieved in this case consists in increasing the accuracy of generating pulse signals at the output of the half-bridge of power transistors controlled by a digital sigma-delta modulator.
Технический результат достигается тем, что цифровой сигма-дельта модулятор для управления силовыми транзисторами включает в себя цифровой отрицательный сумматор, соединенный с цифровым сумматором интегратора, который соединен с элементом памяти, вход разрешения которого подключен к таблице истинности, подключенной к двум старшим битам выхода элемента памяти и старшему биту результата цифрового отрицательного сумматора, а выход элемента памяти подключен к цифровому квантователю, выход которого подключен к блоку коррекции, на вход которого также подключен счетчик импульсов, выход блока коррекции является выходом цифрового сигма-дельта модулятора для управления силовыми транзисторами, а также подключен к цифровому отрицательному сумматору.The technical result is achieved by the fact that the digital sigma-delta modulator for controlling power transistors includes a digital negative adder connected to an integrator digital adder that is connected to a memory element, whose resolution input is connected to a truth table connected to the two high-order bits of the memory element output and the high bit of the result of the digital negative adder, and the output of the memory element is connected to a digital quantizer, the output of which is connected to the correction unit, to the input to orogo also connected a pulse counter, the output correction unit is an output of the digital sigma-delta modulator for controlling the power transistors and the negative connected to the digital adder.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и совокупность этих признаков достаточна для получения требуемого технического результата.These features of the utility model are significant and the combination of these features is sufficient to obtain the desired technical result.
Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показана блок-схема заявляемой полезной модели. Она содержит счетчик импульсов 1, цифровой отрицательный сумматор 2, цифровой сумматор интегратора 3, элемент памяти 4 с входом разрешения записи, цифровой квантователь 5, блок коррекции 6 и таблицу истинности 7.In FIG. 1 shows a block diagram of the claimed utility model. It contains a
Работает устройство следующим образом. На его вход поступает импульсный поток, закодированный таким образом, что импульсу амплитудой -1 соответствует двухбитный код 11, импульсу с амплитудой 1 соответствует двухбитный код 01, а отсутствию импульса соответствует код 00. Коды входных импульсных потоков поступают на вход цифрового отрицательного сумматора 2, где без потери точности из него вычитается выход цифрового сигма-дельта модулятора для управления силовыми транзисторами, полученный на предыдущем шаге расчета. Результат цифрового отрицательного сумматора 2 дополняется N-1 знаковым битом и поступает на первый вход цифрового сумматора интегратора 3, к второму входу которого подключен выход элемента памяти 4. Выход цифрового сумматора интегратора 3 записывается в элемент памяти 4 при наличии сигнала разрешения записи. Сигнал разрешения записи формируется при помощи таблицы истинности 7, на вход которой поступают два старших бита выхода элемента памяти и старший бит выхода цифрового отрицательного сумматора 2. Формирование выхода таблицы истинности 7 осуществляется согласно таблице 1. Выход элемента памяти 4 поступает на симметричный цифровой квантователь 5, который на его основе формирует двухбитный код, который поступает на блок коррекции 6. Зависимость выхода цифрового квантователя 5 от его входа показана на фиг. 2. Также на блок коррекции 6 от счетчика импульсов 1 поступают сигналы min_st и max_st. Счетчик импульсов 1 осуществляет подсчет количества подряд идущих одноименных импульсов на выходе цифрового сигма-дельта модулятор для управления силовыми транзисторами и их сравнения с порогами Nt и Nm. Порог Nt определяет минимальный период между переключениями выхода, управляющего силовыми транзисторами. Как только счетчик импульсов 1 превышает порог Nt на его выходе формируется сигнал min_st. Порог Nm определяет максимальную продолжительность периода без переключений выходного сигнала. Как только счетчик импульсов 1 превышает порог Nt на его выходе формируется сигнал max_st. При любом изменении выходного сигнала полезной модели счетчик импульсов 1 и оба его выхода сбрасываются в 0. До появления сигнала min_st выход блока коррекции 6 остается неизменным вне зависимости от выхода цифрового квантователя 5. Таким образом, обеспечивается необходимая частота переключения силовых транзисторов отличная от частоты тактирования элементов 1-6 полезной модели. При наличии сигнала min_st до появления сигнала max_st выход блока коррекции 6 равен выходу цифрового квантователя 5. При появлении сигнала max_st выход блока коррекции 6 меняется на противоположный. Таким образом, обеспечивается защита от самопроизвольного переключения силовых IGBT-транзисторов в мостовых и полу-мостовых схемах. Компенсация ошибок формирования выходного сигнала полезной модели, связанных с работой блока коррекции 6, осуществляется за счет отрицательной обратной связи через цифровой отрицательный сумматор 2. Элементы 1-6 изменяют свои выходы синхронно по фронту общего тактового сигнала.The device operates as follows. It receives a pulse stream encoded in such a way that a pulse with an amplitude of -1 corresponds to a two-bit code 11, a pulse with an amplitude of 1 corresponds to a two-bit code 01, and the absence of a pulse corresponds to a code 00. The codes of the input pulse flows go to the input of the digital
Работоспособность предложенного устройства была проверена на макете, который наглядно продемонстрировал получение требуемого технического результата.The performance of the proposed device was tested on the layout, which clearly demonstrated the receipt of the required technical result.
Цифровой сигма-дельта модулятор для управления силовыми транзисторами с параметрами Nm=1400 (соответствует максимальной частоте переключения выходного сигнала не выше 71,429 кГц) и Nt=30000 (соответствует максимальной длительности импульса на выходе модулятора не более 300 мкс) был реализован на базе микросхемы ПЛИС Xilinx XC7A100T-1CSG324C, которая тактировалась генератором с частотой 100 МГц. На той же ПЛИС был реализован известный цифровой сигма-дельта модулятор первого порядка, регистры которого тактировались сигналом clk1 с частотой 71,429 кГц, сгенерированным при помощи логики, изменяющей состояние clk1 каждые 1400 тактов работы ПЛИС. Выход каждого из модуляторов был подключен к драйверу полумоста IR21834S, который в свою очередь управлял двумя транзисторами F2807S. При помощи каждого модулятора и подключенного к нему полумоста в индуктивно-резистивной нагрузке с электрической постоянной времени 650 мкс формировался ток, который измерялся при помощи датчика ACS712T ELC-20А, выход которого оцифровывался при помощи 12-битного АЦП. В ходе каждого эксперимента на цифровой сигма-дельта модулятор для управления силовыми транзисторами и известный цифровой сигма-дельта модулятор 1-го порядка, работающий на частоте 71,429 кГц, подавался импульсный поток с частотой 100 МГц, соответствующий желаемому уровню тока в индуктивно-резистивной нагрузке. При помощи датчика тока и АЦП фиксировалось изменение тока в течение 5 мс. По последним 2,5 мс измерений производилось вычисление среднеквадратического отклонения (СКО) тока от желаемого. По результатам 200 экспериментов СКО тока, сформированного полезной моделью в диапазоне изменения желаемого тока - 10…10А, составило не более 280 мА, что говорит о работоспособности предложенного цифрового сигма-дельта модулятор для управления силовыми транзисторами. Во всех экспериментах СКО тока, сформированного известным цифровым сигма-дельта модулятором 1-го порядка, была не ниже, чем СКО тока, сформированного предлагаемой полезной моделью, а в 77 из 200 экспериментов СКО тока, сформированного известным цифровым сигма-дельта модулятором 1-го порядка, была от 2 до 10 раз выше, чем СКО цифрового сигма-дельта модулятора для управления силовыми транзисторами, что говорит о достижении заявленного технического результата.A digital sigma-delta modulator for controlling power transistors with parameters Nm = 1400 (corresponds to the maximum switching frequency of the output signal no higher than 71.429 kHz) and Nt = 30000 (corresponds to the maximum pulse width at the output of the modulator no more than 300 μs) was implemented on the basis of the Xilinx FPGA chip XC7A100T-1CSG324C, which was clocked by a generator with a frequency of 100 MHz. On the same FPGA, a well-known first-order digital sigma-delta modulator was implemented, the registers of which were clocked by the clk1 signal with a frequency of 71.429 kHz, generated using logic that changes the state of clk1 every 1400 FPGA clock cycles. The output of each of the modulators was connected to the IR21834S half-bridge driver, which in turn controlled two F2807S transistors. Using each modulator and a half-bridge connected to it in an inductive-resistive load with an electric time constant of 650 μs, a current was generated, which was measured using an ACS712T ELC-20A sensor, the output of which was digitized using a 12-bit ADC. During each experiment, a pulsed stream with a frequency of 100 MHz corresponding to the desired current level in the inductive-resistive load was applied to a digital sigma-delta modulator for controlling power transistors and a well-known first-order digital sigma-delta modulator operating at 71.429 kHz. Using a current sensor and ADC, a current change was recorded for 5 ms. According to the last 2.5 ms of measurements, the standard deviation (RMS) of the current from the desired was calculated. According to the results of 200 experiments, the standard deviation of the current generated by the utility model in the range of the desired current change - 10 ... 10A, was no more than 280 mA, which indicates the operability of the proposed digital sigma-delta modulator for controlling power transistors. In all experiments, the standard deviation of the current generated by the well-known digital sigma-delta modulator of the 1st order was not lower than the standard deviation of the current generated by the proposed utility model, and in 77 out of 200 experiments, the standard deviation of the current generated by the known digital sigma-delta modulator of 1st order, was from 2 to 10 times higher than the standard deviation of the digital sigma-delta modulator for controlling power transistors, which indicates the achievement of the claimed technical result.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120141U RU182313U1 (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | DIGITAL SIGMA DELTA MODULATOR FOR POWER TRANSISTOR CONTROL |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120141U RU182313U1 (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | DIGITAL SIGMA DELTA MODULATOR FOR POWER TRANSISTOR CONTROL |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU182313U1 true RU182313U1 (en) | 2018-08-14 |
Family
ID=63177539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018120141U RU182313U1 (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | DIGITAL SIGMA DELTA MODULATOR FOR POWER TRANSISTOR CONTROL |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU182313U1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6067036A (en) * | 1997-05-28 | 2000-05-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for digital-analog conversion with high linearity |
US6577259B1 (en) * | 1999-10-07 | 2003-06-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Sigma-delta modulator |
US7301490B2 (en) * | 2005-05-09 | 2007-11-27 | Sls International, Inc. | Sigma-delta modulated power supply |
US8212700B2 (en) * | 2009-07-09 | 2012-07-03 | Stellamar Llc | Delta-sigma-delta modulator |
RU2013126879A (en) * | 2010-11-12 | 2014-12-20 | Эндресс+Хаузер Ветцер Гмбх+Ко.Кг | DELTA-SIGMA-DIGITAL ANALOG CONVERTER |
-
2018
- 2018-05-31 RU RU2018120141U patent/RU182313U1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6067036A (en) * | 1997-05-28 | 2000-05-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for digital-analog conversion with high linearity |
US6577259B1 (en) * | 1999-10-07 | 2003-06-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Sigma-delta modulator |
US7301490B2 (en) * | 2005-05-09 | 2007-11-27 | Sls International, Inc. | Sigma-delta modulated power supply |
US8212700B2 (en) * | 2009-07-09 | 2012-07-03 | Stellamar Llc | Delta-sigma-delta modulator |
RU2013126879A (en) * | 2010-11-12 | 2014-12-20 | Эндресс+Хаузер Ветцер Гмбх+Ко.Кг | DELTA-SIGMA-DIGITAL ANALOG CONVERTER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6414614B1 (en) | Power output stage compensation for digital output amplifiers | |
JP2006174475A (en) | Digital to analog converter | |
TWI524662B (en) | A system and a method for amplifying one or more input signals to generate one or more output signals | |
US20100117730A1 (en) | D/A converter circuit and digital input class-D amplifier | |
US9716954B2 (en) | DC impedance detection circuit and method for speaker | |
GB2430502A (en) | Switching regulator with over-current protection | |
GB2594008A (en) | Modulators | |
US7209067B1 (en) | Extended dynamic range consecutive edge modulation (CEM) method and apparatus | |
JP4566566B2 (en) | Power amplifier | |
CN106253674B (en) | Pulse density modulation fast current controller | |
JP2006502626A (en) | Pulse width modulation analog to digital conversion | |
US20140240153A1 (en) | Advanced overload protection in sigma delta modulators | |
RU182313U1 (en) | DIGITAL SIGMA DELTA MODULATOR FOR POWER TRANSISTOR CONTROL | |
JP5297408B2 (en) | Solenoid valve control device | |
US9484898B2 (en) | System for generating an analogue signal | |
US20140191802A1 (en) | Narrow voltage range multi-level output pulse modulated amplifier with one-bit hysteresis quantizer | |
KR101704600B1 (en) | Glitch removal device for hall-sensor | |
GB2440559A (en) | Voltage source inverter output voltage error compensation | |
JP2007195310A (en) | Noise eliminating device, power supply device, and testing device | |
US10892746B2 (en) | Switch on-time controller with delay line modulator | |
JPH04115722A (en) | D/a converter | |
JP2009303133A (en) | Digital amplifier | |
KR101877665B1 (en) | Filter time-constant modifying circuit and d/a converting circuit | |
JP2007288431A (en) | Pulse-modulation power amplifier | |
JP2020524975A5 (en) | Control circuit and control method to control the resonant power converter |