專利名稱：用于運行功率半導體的驅(qū)動器的pwm輸出端的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運行功率半導體的驅(qū)動器的PWM輸出端的方法。
背景技術(shù)：
功率半導體，例如IGBT (絕緣柵雙極晶體管)通常需要驅(qū)動器來對其進行驅(qū)控。驅(qū)動器將低功率的邏輯信號轉(zhuǎn)換為高功率的開關(guān)信號，該高功率的開關(guān)信號然后能直接供應給功率半導體的開關(guān)輸入端，例如，IGBT的柵極，并且最終對它進行開關(guān)。驅(qū)動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，在功率半導體上測量溫度或者電壓，即，模擬值，或者當驅(qū)動器或者半導體發(fā)生故障時生成是/ 否-錯誤信號，即，二進制的附加值。在此，常用的電壓值為例如0-10V。驅(qū)動器不僅輸出這樣的模擬值，也輸出二進制的附加值。為此，驅(qū)動器通常具有PWM輸出端，用來以PWM信號形式輸出模擬值。另外，二進制的值在附加的輸出端輸出。使用驅(qū)動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。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)動器內(nèi)轉(zhuǎn)化為具有固定的PWM頻率的PWM信號。在此，PWM輸出端具有P麗信號的第一信號電平(Hi)和第二信號電平(Lo)，PWM輸出端在這兩個信號電平間交替。因為傳輸鏈路也只具有兩個信號電平，其應理解為數(shù)字式的，并且例如能通過光波導實現(xiàn)。換句話說，要傳輸?shù)哪M值或者模擬信號由發(fā)送器轉(zhuǎn)換為具有固定頻率的PWM信號。 在此，在一個PWM時鐘周期中，信號電平越長時間地處于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，接收器為這兩個信號電平的每一個又依次輸出限定的電平。在此，接收器既能模擬式實現(xiàn)也能數(shù)字式實現(xiàn)。在模擬接收器中，接收的PWM信號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)字評價中，接收器對已知頻率的PWM信號進行采樣。在此，接收器的采樣率決定其精度。公知的是，二進制的附加值單獨地在第二傳輸鏈路(其同樣具有兩個信號電平)， 例如，第二光導纖維上傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有以下任務，S卩，提供一種改善的用于運行功率半導體的驅(qū)動器的PWM 輸出端的方法。該任務通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法解決。要由驅(qū)動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電平的、固定PWM頻率的PWM信號。根據(jù)本方法，在附加值具有它的第一值的情況下，PWM信號(如現(xiàn)有技術(shù)公知地， 或者如通常一樣)借助于兩個信號電平通過傳輸鏈路傳輸。PWM信號即如通常一樣在PWM 輸出端輸出。然而，如果附加值采用其另外一個，即第二值，則PWM信號和附加信號一起在PWM輸出端輸出。在此，附加信號以以下方式構(gòu)成，即，以大于PWM頻率的信號頻率，輸出根據(jù) PWM信號規(guī)則存在的第一或第二信號電平并與此輪流地或者說交替地輸出各自另一信號電平。換句話說，根據(jù)本發(fā)明，只要二進制的附加值采用其第一(也叫做非激活的)值， PWM信號就如慣常地由驅(qū)動器輸出。與此相反，當附加值的第二值出現(xiàn)或者存在時，附加在 PWM信號上還有一個高頻的(信號頻率大于PWM頻率)信號輸出。換句話說，該附加的信號在于將當前的PWM電平高頻地交替成另一電平。特別地，信號頻率大大地大于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)動器在功率半導體上確定的溫度值或者電壓值。附加值是例如二進制的錯誤信號，該錯誤信號對于無錯誤的運行提供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，將迄今的PWM信號用相比較而言高頻率的附
加信號來重疊。此外，在傳輸鏈路的末端，在PWM輸出端輸出的總信號可以被模擬地和/或者數(shù)字地評價。在此例如，附加信號通過模擬的高通器件與PWM信號分離，并且兩個信號被分別評價。附加信號的數(shù)字評價能例如利用大于雙倍信號頻率的采樣頻率實現(xiàn)。與此相反地，PWM 信號如公知那樣通過適當?shù)脑u價方法轉(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，盡快識別錯誤信號比在這個時間點上(即在出現(xiàn)歸屬于錯誤信號的錯誤時)也獲知正確的溫度更重要。因此在發(fā)送附加信號時可容忍的是在那時，模擬信號，也就是說原有的PWM信號的評價結(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時也不被破壞。輸出的PWM信號通常在接收器上通過評價方法轉(zhuǎn)換回模擬值。該評價方法在下面假設是已知的。在本方法的一個優(yōu)選的實施方式中，在已知的評價方法下，在附加信號中，信號電平在PWM時鐘周期內(nèi)依賴于該評價方法以以下方式選擇，即，使得模擬值作為該評價方法的結(jié)果保持一樣。因此，在評價方法結(jié)束時，模擬值不依賴于附加信號是否調(diào)制到PWM信號上地獲得。換句話說，附加信號以以下方式設計，即，使得附加信號關(guān)于PWM信號或者其評價方法例如是零均值的，即，評價方法的結(jié)果不失真。因此，即使在傳輸附加信號時，模擬值也保持可評價或者說保持一樣。在存在附加信號時，信號電平需根據(jù)附加信號的設計(即，換句話說，條件，例如時間規(guī)則)來交替，對于這種設計有著不同的方案在第一方案中，附加信號僅僅只在PWM信號或者采用第一信號電平或者采用第二信號電平時才輸出。對此的前提是，PWM信號中每個PWM時鐘周期各自均具有兩個信號電平。換句話說，即，附加信號只在PWM信號的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)字評價結(jié)合。在這個實施方式中，繼續(xù)遵守原始PWM信號中電平更替的時間界限。因此，盡管有附加信號，數(shù)字評價仍然能可靠地識別PWM時鐘周期內(nèi)原始 PWM信號的電平界限。因此，PWM的占空比以及由此模擬值能正確地重建。在此，缺點卻為，對附加信號中的信號更替的傳輸和探測可能會延遲上PWM信號的Hi電平或者Lo電平的最大持續(xù)時間，即，最大能延遲上大約一個PWM時鐘周期。對于在附加值方面對時間要求特別嚴格的應用，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價的實施方式中，附加信號以以下方式選擇，即，使得在PWM時鐘周期內(nèi)，在PWM信號的第一信號電平的時間間隔內(nèi)由附加信號去除的信號部分在PWM信號的第二信號電平時利用由附加信號添補的信號部分來修復。換句話說，在存在附加信號的情況下，信號電平的高頻更替以以下方式選擇，即， 使得對于重建模擬信號重要的信號內(nèi)容，特別是例如在PWM時鐘周期中在信號分布曲線下的積分值保持一樣。例如，在PWM信號的Hi電平中，通過施加附加信號也產(chǎn)生Lo電平，這些Lo電平相對于原始的PWM信號減小了由信號覆蓋的積分值。因此，在原始的PWM信號的Lo電平中， 由附加信號在PWM時鐘周期的剩余過程中生成附加的Hi電平，這些Hi電平又補償上述被減小的積分值。即使在存在附加信號時，該方法方案例如在對PWM信號低通濾波時，也始終獲得 PWM時鐘周期內(nèi)原始PWM信號的值。換句話說，附加信號以以下方式與PWM信號調(diào)諧，即，使得該PWM信號與評價相關(guān)的信號內(nèi)容保持不變，并且由此評價方法提供不變的值。在本方法的另外一個優(yōu)選的實施方式中，附加信號的信號頻率依賴于別的附加信息來改變。通過這種布置，并不只將二進制的附加信號傳輸為激活的或者非激活的。通過相應地選擇的不同信號頻率，能附加傳輸附加信號的不同的值。理想情況下，通過信號頻率細微分級地改變或者連續(xù)地改變(附加于附加值以及至少作為對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)動器與評價電路，圖2PWM信號與附加信號。
具體實施例方式圖1示出用于未示出的功率半導體的、具有PWM輸出端4的驅(qū)動器2。在PWM輸出端4處，功率半導體的溫度作為模擬值A(chǔ)應被輸出為PWM信號6。PWM信號的輸出，即詳細資料如時間等，按照驅(qū)動器2的制造商的規(guī)格實現(xiàn)。圖1此外還示出作為接收器11的評價電路8，其由驅(qū)動器2的客戶或者買家開發(fā)或者構(gòu)建，用來將PWM信號6重新轉(zhuǎn)化回模擬值 A。PWM信號6的傳輸通過作為傳輸鏈路10的光波導實現(xiàn)。評價電路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。評價電路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敿毜厥境鰰r間t上的PWM信號6。例如，在此，溫度為0°C的相應值為0，以及300°C相應于4095的值。 圖2示出200°C的模擬值作為值2730的傳輸。PWM信號6具有恒定的PWM頻率fP，即，每個 PWM時鐘周期7具有相同的周期持續(xù)時間TP。因此，根據(jù)公知的PWM方法，在一個PWM時鐘周期內(nèi)，2730/4095*TP久的“開”(On)時間T。n由較高的第一信號電平Hi占據(jù)，并且對于剩余的持續(xù)時間，即，“關(guān)” (Off)時間Toff = Tp-Ton = 4095-(2730/4095*ΤΡ)由較低的第二信號電平Lo占據(jù)。額外地，驅(qū)動器2除此之外還應該輸出二進制的附加值F，即錯誤信號，該錯誤信號能采用為O的第一值N (無錯誤)和為1的第二值E (錯誤)。根據(jù)本發(fā)明輸出同樣通過 P麗輸出端4實現(xiàn)。圖2中PWM信號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。直到錯誤時間點、時才在驅(qū)動器2上產(chǎn)生應該被傳達的錯誤。因此，根據(jù)本發(fā)明， 自錯誤時間點tF起，g卩，當錯誤信號F被激活或者采用其等于1的第二值E時，輸出附加信號18。按照此附加信號18，以大于PWM頻率fP = l/Τρ的信號頻率fs交替地將PWM信號6 的根據(jù)原始的PWM信號有效的當前的信號電平Hi并與此輪流地將另一電平(這個情況下為Lo)通過傳輸鏈路10傳輸。這一直發(fā)生至On時間T。n的末端。在On時間Τ。η的末端，附加信號18的傳輸被中止直至下一個PWM時鐘周期，以將信號保持在Lo。對于圖1中示出的具有低通濾波器14和高通濾波器22的信號評價的模擬方案， 另選的，也能實現(xiàn)一種通過采樣電路24的以虛線示出的數(shù)字評價，該采樣電路M既能輸出模擬值A(chǔ)也能輸出探測的附加值F。因為根據(jù)上述，信號中的PWM信息不被破壞，即Off時間T。ff能被清楚地識別，所以模擬值A(chǔ)保持一樣。這樣，評價電路12仍然總是能輸出正確的模擬值A(chǔ)。對于數(shù)字評價的情況，遵守On時間T。n的界限，從而使模擬值A(chǔ)能正確地被重建。在上述評價電路18的模擬方案中，附加信號F的評價通過根據(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實現(xiàn)。在一個另選的實施方式中，附加信號18 (以虛線示出)在Off時間T。ff內(nèi)還繼續(xù)。 換句話說，通過在Off時間T。ff內(nèi)插入附加信號18的額外的脈沖獲得每個PWM時鐘周期的整個信號的積分值W。也就是說，在On時間T。n內(nèi)“缺失”的Hi信號部分，在Off時間T。ff 內(nèi)補交或者補充，以便使模擬評價重新導致相同的模擬值A(chǔ)。原始PWM信號的由信號分布曲線覆蓋的積分面積和用附加信號補充的信號分布曲線的積分面積于是相等。在圖2中，附加信號18具有固定的信號頻率fs。在另選的，只是象征性示出的本發(fā)明的實施方法中，信號頻率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6和附加信號18中重建。附圖標記列表
2驅(qū)動器
4PWM輸出端
6P麗信號
8評價電路
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
20高通分支
22高通濾波器
24采樣電路
A模擬值
t時間
TP周期持續(xù)時間
fPPWM頻率
T 1 onOn時間
T 1 offOff時間
Hi、Lo信號電平
F附加值
tF錯誤時間點
fS信號頻率
I附加信息
W積分值
N、E值
權(quán)利要求
1.用于運行功率半導體的驅(qū)動器⑵的PWM輸出端⑷的方法，其中-將由所述驅(qū)動器輸出的模擬值(A)轉(zhuǎn)換為固定PWM頻率(fP)的具有第一信號電平 (Hi)和第二信號電平(Lo)的PWM信號(6)，并且-對于由所述驅(qū)動器輸出的二進制的附加值(F)的第一值(N)-將所述PWM信號(6)在所述PWM輸出端⑷輸出，-對于所述附加值(F)的第二值(E)-將所述PWM信號(6)與附加信號(18) —起在所述PWM輸出端⑷輸出，其中，-作為附加信號(18)，以大于所述PWM頻率(fP)的信號頻率(fS)，將根據(jù)所述PWM信號確定的第一信號電平(Hi)或第二信號電平(Lo)與各自另一信號電平(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(6)在接收器(11)處通過已知的評價方法轉(zhuǎn)換回所述模擬值(A)，其中，在所述附加信號(18)中，所述信號電平(Hi、 Lo)在PWM時鐘周期(7)內(nèi)依賴于所述評價方法以以下方式選擇，即，使得所述模擬值(A) 作為所述評價方法的結(jié)果保持一樣。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，每個PWM時鐘周期(7)具有兩個信號電平(Hi、 Lo)，其中，所述附加信號(18)僅僅只在所述PWM信號(6)采用所述第一信號電平(Hi)或者所述第二信號電平(Lo)時才輸出。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述附加信號(18)以以下方式選擇，即，使得在 PWM時鐘周期(7)內(nèi)，在所述PWM信號(6)的第一信號電平(Hi)中由所述附加信號(18)去除的信號部分在所述PWM信號(6)的第二信號電平(Lo)時利用由所述附加信號添補的信號部分來修復。
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(18)的所述信號頻率 (fS)依賴于附加信息(I)來改變。
全文摘要
用于運行功率半導體的驅(qū)動器的PWM輸出端的方法，用來在功率半導體的驅(qū)動器(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)的具有兩個信號電平(Hi、Lo)的PWM信號(6)，并且在二進制附加值(F)的非激活狀態(tài)(0)下在PWM輸出端(4)輸出PWM信號(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(6)和附加信號(18)，其中，作為附加信號(18)，以大于PWM頻率(fP)的信號頻率(fS)將PWM信號(6)當前的信號電平(Hi、Lo)與各自另一信號電平(Lo、Hi)交替輸出。
文檔編號H04L25/03GK102404262SQ20111022200
公開日2012年4月4日 申請日期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 申請人:賽米控電子股份有限公司