向全数字发展的驱动核

1、    向全数字发展的驱动核摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于05 dB，采用18 V电源，TSMC 018m CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte图1. 基于数字的信号传输原理图。图2显示了原边产生的脉冲到副边形成一个脉冲信号的全过程。传输半

2、桥通过逻辑门以一种简化的形式展示，差分窗口放大器被差动接收器所取代。图2. 脉冲模式。由于用于传输数字化信号的变压器被设计成使用高磁导率的核心材料，因此它的磁化电流相对较低，约为10mA。流经副边的电流则高得多。通过保持磁化电流如此之低，对于原边来说，将电流减为零直到只有剩磁，要相对容易。因此，重复脉冲间的等待时间也相当的短。由于磁化电流相对较小，因此，变压器磁芯中的储能也少，可实现1MHz的重复脉冲频率。重复脉冲可在任意时间被相反的脉冲中断。典型的关断脉冲时序如图3所示。在差分信号传输的一个引脚上测得该时序。所传输的导通和关断脉冲有确定的脉冲形状。图3 .重复关断脉冲。通过调节重复传输的脉冲

3、，即改变重复脉冲间的脉宽和间距，可实现原边和副边之间的通讯。可以传输差分状态和故障信号。此外，传输某种传感器信号也是可能的。这意味着，隔离信号传输可以用来从副边向原边传输信息，例如，IGBT模块内部温度传感器信息。因此，有可能对温度进行连续的评估。因为传输频率大约为1MHz，因此原边和副边之间的通讯被指定用于慢速变化的传感器信号。使用眼图分析数字信号的完整性眼图是一种用于推断数字信号传输中数据信号重要参数的测量方法。该方法的名字来自一个事实，即显示的图形像人的眼睛。由于传输的过程，信号的上升和下降沿不再尖锐。因此，矩形脉冲变成了圆角信号。当这些脉冲叠加后，形状看起来似乎像一个眼睛。眼图是在宽带

4、数字示波器上由差分线的信号叠加产生的。图形本身可以根据眼睛的张开和信号圆角而变化。根据眼睛的高度和宽度，可以评估信号的幅值和以延迟形式表示的失真、误码率、噪声和抖动。睁开的眼睛表示信号质量好。然而，如果眼睛闭上了，就不可能再区分信号。强烈的失真可以使眼睛完全闭上。这意味着，不能够可靠的检测信号。图4 .副边数据流传输的眼图显示。眼图测量方法被用于评估和定性分析所开发的隔离数字信号传输系统。图9显示了被冻结在单一图片中所传输的数据流。眼睛睁的很大。此外，失真非常低。这意味着，噪声小，信号幅度高，这说明数字信号的完整性好。通过这种传输方法，可以实现非常快速的传输，并且抖动可以忽略。使用基于数字技术

5、的信号传输数字驱动器核心SKYPER® 52使用基于数字的信号传输。该驱动器电路包括两个独立的输出通道。图5显示了数字驱动器核心的布局。其特点在于原边和副边有用于信号处理的FPGA。图5 .数字驱动器核心 SKYPER®52的布局。两台用于信号传输的脉冲变压器所组成的隔离屏障和用于能量传输的DC/DC变换器被设计用来驱动功率半导体，集电极-发射极间的电压在1200-1700V之间。通过将原边和副边间的小耦合电容减小至几pF，可实现高约100kV/µs的dv/dt强度。由于采用了隔离DC/DC变换器为副边电路供电，驱动器可由24V非隔离电源供电。对于用户来说，这意味

6、着不需要额外的隔离电源。该驱动电路具有下列特点功能：o50A峰值驱动电流o关断电压为负电压o可单独调整的互锁/死区时间模式o临界频率检测o欠压控制，以确保工作在饱和区o具有可调式智能软关断特点的个性化动态短路检测o缓慢变化传感器信号的隔离传输（如温度）o独立故障处理oCAN总线兼容型诊断I/O由于使用了数字信号处理，一些不同的参数以及数字驱动器核心在正常和故障条件下的运行性能可以单独配置。该驱动器核心本身可以焊接到印刷电路板上或使用连接器组装。差动数字信号高噪声抑制能力由微控制器或DSP（fsw(max)= 100kHz，无占空比限制）强制栅极驱动电路放大脉冲模式，并提供导通和关断切换栅极信号

7、。该数字化驱动器核心原边的输入和输出信号都兼容3.3V和5V I/O标准。这意味着，驱动器电路可直接连接与微控制器或DSP相连，无需额外电平转移。为了在电力电子环境中获得高性能和可靠的信号传输，采用了差分数字信号。此项差动接口技术的特点是利用两根单独的线进行信号的传输。通过使用低阻抗终端和对所传输的两个电压的差分分析，实现了高噪声抑制以及非常低的电磁干扰（EMI）。可在诊断接口处获得隔离传送的传感器信号和差分状态信号，该接口具有CAN总线的特征，使用带有“占有”“闲置”电平的差动信号传输。故障处理的调整可在不同的点检测出功率晶体管故障，并且对故障所作的反应可以有所不同。在许多应用中，当在已切换

8、的装置本身或驱动器电路中检测到发生了故障，所有功率晶体管都由栅极驱动器电路直接关断。故障信号传送给栅极驱动器电路的中央故障处理单元以及所连接的微控制器或DSP。为防止短路过程中发生导通，随后的导通信号路径仍然被封锁，直到由复位脉冲进行了复位。相比之下，在多电平逆变器的应用中，在发生故障时并不是所有功率晶体管全部被立即关断。相反，每个功率半导体都在监控单元的控制下按顺序关断；为了保护电路中的所有功率晶体管，这样做是必要的。然而，有了数字驱动器芯，驱动器电路的特性，即发生故障时电力电子系统的行为，可由用户单独定义。大电流驱动器输出级驱动器的输出级被设计成由两个MOSFET构成推挽结构，具有50A的

9、峰值驱动电流。两个MOSFET的栅极由内部数字逻辑所产生的两个单独信号驱动。当其中的一个信号为高电平，N沟道MOSFET导通，当信号为低电平，P沟道MOSFET导通。这样做的一个好处是输出级两个晶体管之间的互锁或重叠可以被精确地调整。这样一来，驱动器MOSFET开关时所产生的最不可避免的从VG+到 VG-的交叉电流就能避免了。结果带来的是两个晶体管的推挽输出配置。此输出级有两个输出，便于不对称栅极控制。这使得栅极电阻被分成两个电阻的RG(on)和RG(off)，分别对应导通和关断。然而，主要优点在于该解决方案可对有关导通过电流、关断过电压尖峰和短路特征进行单独的导通和关断优化。由于栅极电阻不是用来限制推挽输出配置中的交叉电流，如果基于切换的原因认为有必要的话，可以用数字的方法彻底去除其中的一个栅极电阻。此外，数字逻辑芯可以用来驱动和控制带平行栅极电阻的两个输出级。这样做考虑到了要确定的时间依赖性，因此可用于确定开关IGBT的有效栅极电阻值，从而确定要调制的IGBT开关时间序列。这反过来又意味着开关损耗的减少，并且仍然顾及将被限制的过电压峰值。总结为了实现更稳健和精确的信号传输，已开发出可以传输隔离传感器信号和状态信号的数字信号传输技术。从