向全數(shù)字發(fā)展的驅(qū)動核

1、    向全數(shù)字發(fā)展的驅(qū)動核摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關鍵詞：Butte圖1. 基于數(shù)字的信號傳輸原理圖。圖2顯示了原邊產(chǎn)生的脈沖到副邊形成一個脈沖信號的全過程。傳輸半

2、橋通過邏輯門以一種簡化的形式展示，差分窗口放大器被差動接收器所取代。圖2. 脈沖模式。由于用于傳輸數(shù)字化信號的變壓器被設計成使用高磁導率的核心材料，因此它的磁化電流相對較低，約為10mA。流經(jīng)副邊的電流則高得多。通過保持磁化電流如此之低，對于原邊來說，將電流減為零直到只有剩磁，要相對容易。因此，重復脈沖間的等待時間也相當?shù)亩?。由于磁化電流相對較小，因此，變壓器磁芯中的儲能也少，可實現(xiàn)1MHz的重復脈沖頻率。重復脈沖可在任意時間被相反的脈沖中斷。典型的關斷脈沖時序如圖3所示。在差分信號傳輸?shù)囊粋€引腳上測得該時序。所傳輸?shù)膶ê完P斷脈沖有確定的脈沖形狀。圖3 .重復關斷脈沖。通過調(diào)節(jié)重復傳輸?shù)拿}沖

3、，即改變重復脈沖間的脈寬和間距，可實現(xiàn)原邊和副邊之間的通訊?？梢詡鬏敳罘譅顟B(tài)和故障信號。此外，傳輸某種傳感器信號也是可能的。這意味著，隔離信號傳輸可以用來從副邊向原邊傳輸信息，例如，IGBT模塊內(nèi)部溫度傳感器信息。因此，有可能對溫度進行連續(xù)的評估。因為傳輸頻率大約為1MHz，因此原邊和副邊之間的通訊被指定用于慢速變化的傳感器信號。使用眼圖分析數(shù)字信號的完整性眼圖是一種用于推斷數(shù)字信號傳輸中數(shù)據(jù)信號重要參數(shù)的測量方法。該方法的名字來自一個事實，即顯示的圖形像人的眼睛。由于傳輸?shù)倪^程，信號的上升和下降沿不再尖銳。因此，矩形脈沖變成了圓角信號。當這些脈沖疊加后，形狀看起來似乎像一個眼睛。眼圖是在寬帶

4、數(shù)字示波器上由差分線的信號疊加產(chǎn)生的。圖形本身可以根據(jù)眼睛的張開和信號圓角而變化。根據(jù)眼睛的高度和寬度，可以評估信號的幅值和以延遲形式表示的失真、誤碼率、噪聲和抖動。睜開的眼睛表示信號質(zhì)量好。然而，如果眼睛閉上了，就不可能再區(qū)分信號。強烈的失真可以使眼睛完全閉上。這意味著，不能夠可靠的檢測信號。圖4 .副邊數(shù)據(jù)流傳輸?shù)难蹐D顯示。眼圖測量方法被用于評估和定性分析所開發(fā)的隔離數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)。圖9顯示了被凍結(jié)在單一圖片中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流。眼睛睜的很大。此外，失真非常低。這意味著，噪聲小，信號幅度高，這說明數(shù)字信號的完整性好。通過這種傳輸方法，可以實現(xiàn)非?？焖俚膫鬏?，并且抖動可以忽略。使用基于數(shù)字技術

5、的信號傳輸數(shù)字驅(qū)動器核心SKYPER® 52使用基于數(shù)字的信號傳輸。該驅(qū)動器電路包括兩個獨立的輸出通道。圖5顯示了數(shù)字驅(qū)動器核心的布局。其特點在于原邊和副邊有用于信號處理的FPGA。圖5 .數(shù)字驅(qū)動器核心 SKYPER®52的布局。兩臺用于信號傳輸?shù)拿}沖變壓器所組成的隔離屏障和用于能量傳輸?shù)腄C/DC變換器被設計用來驅(qū)動功率半導體，集電極-發(fā)射極間的電壓在1200-1700V之間。通過將原邊和副邊間的小耦合電容減小至幾pF，可實現(xiàn)高約100kV/µs的dv/dt強度。由于采用了隔離DC/DC變換器為副邊電路供電，驅(qū)動器可由24V非隔離電源供電。對于用戶來說，這意味

6、著不需要額外的隔離電源。該驅(qū)動電路具有下列特點功能：o50A峰值驅(qū)動電流o關斷電壓為負電壓o可單獨調(diào)整的互鎖/死區(qū)時間模式o臨界頻率檢測o欠壓控制，以確保工作在飽和區(qū)o具有可調(diào)式智能軟關斷特點的個性化動態(tài)短路檢測o緩慢變化傳感器信號的隔離傳輸（如溫度）o獨立故障處理oCAN總線兼容型診斷I/O由于使用了數(shù)字信號處理，一些不同的參數(shù)以及數(shù)字驅(qū)動器核心在正常和故障條件下的運行性能可以單獨配置。該驅(qū)動器核心本身可以焊接到印刷電路板上或使用連接器組裝。差動數(shù)字信號高噪聲抑制能力由微控制器或DSP（fsw(max)= 100kHz，無占空比限制）強制柵極驅(qū)動電路放大脈沖模式，并提供導通和關斷切換柵極信號

7、。該數(shù)字化驅(qū)動器核心原邊的輸入和輸出信號都兼容3.3V和5V I/O標準。這意味著，驅(qū)動器電路可直接連接與微控制器或DSP相連，無需額外電平轉(zhuǎn)移。為了在電力電子環(huán)境中獲得高性能和可靠的信號傳輸，采用了差分數(shù)字信號。此項差動接口技術的特點是利用兩根單獨的線進行信號的傳輸。通過使用低阻抗終端和對所傳輸?shù)膬蓚€電壓的差分分析，實現(xiàn)了高噪聲抑制以及非常低的電磁干擾（EMI）?？稍谠\斷接口處獲得隔離傳送的傳感器信號和差分狀態(tài)信號，該接口具有CAN總線的特征，使用帶有“占有”“閑置”電平的差動信號傳輸。故障處理的調(diào)整可在不同的點檢測出功率晶體管故障，并且對故障所作的反應可以有所不同。在許多應用中，當在已切換

8、的裝置本身或驅(qū)動器電路中檢測到發(fā)生了故障，所有功率晶體管都由柵極驅(qū)動器電路直接關斷。故障信號傳送給柵極驅(qū)動器電路的中央故障處理單元以及所連接的微控制器或DSP。為防止短路過程中發(fā)生導通，隨后的導通信號路徑仍然被封鎖，直到由復位脈沖進行了復位。相比之下，在多電平逆變器的應用中，在發(fā)生故障時并不是所有功率晶體管全部被立即關斷。相反，每個功率半導體都在監(jiān)控單元的控制下按順序關斷；為了保護電路中的所有功率晶體管，這樣做是必要的。然而，有了數(shù)字驅(qū)動器芯，驅(qū)動器電路的特性，即發(fā)生故障時電力電子系統(tǒng)的行為，可由用戶單獨定義。大電流驅(qū)動器輸出級驅(qū)動器的輸出級被設計成由兩個MOSFET構(gòu)成推挽結(jié)構(gòu)，具有50A的

9、峰值驅(qū)動電流。兩個MOSFET的柵極由內(nèi)部數(shù)字邏輯所產(chǎn)生的兩個單獨信號驅(qū)動。當其中的一個信號為高電平，N溝道MOSFET導通，當信號為低電平，P溝道MOSFET導通。這樣做的一個好處是輸出級兩個晶體管之間的互鎖或重疊可以被精確地調(diào)整。這樣一來，驅(qū)動器MOSFET開關時所產(chǎn)生的最不可避免的從VG+到 VG-的交叉電流就能避免了。結(jié)果帶來的是兩個晶體管的推挽輸出配置。此輸出級有兩個輸出，便于不對稱柵極控制。這使得柵極電阻被分成兩個電阻的RG(on)和RG(off)，分別對應導通和關斷。然而，主要優(yōu)點在于該解決方案可對有關導通過電流、關斷過電壓尖峰和短路特征進行單獨的導通和關斷優(yōu)化。由于柵極電阻不是用來限制推挽輸出配置中的交叉電流，如果基于切換的原因認為有必要的話，可以用數(shù)字的方法徹底去除其中的一個柵極電阻。此外，數(shù)字邏輯芯可以用來驅(qū)動和控制帶平行柵極電阻的兩個輸出級。這樣做考慮到了要確定的時間依賴性，因此可用于確定開關IGBT的有效柵極電阻值，從而確定要調(diào)制的IGBT開關時間序列。這反過來又意味著開關損耗的減少，并且仍然顧及將被限制的過電壓峰值?？偨Y(jié)為了實現(xiàn)更穩(wěn)健和精確的信號傳輸，已開發(fā)出可以傳輸隔離傳感器信號和狀態(tài)信號的數(shù)字信號傳輸技術。從