使用感应耦合部的通信制造技术

描述了一种用于半导体开关的控制器，所述控制器包括使用感应耦合部来跨过电流隔离进行通信的发射器和接收器。一个示例性控制器包括：第一电路系统，所述第一电路系统参考第一参考电位；第二电路系统，所述第二电路系统参考第二参考电位并且与所述第一电路系统电流隔离；以及一个感应耦合部，所述感应耦合部将所述第一电路系统和所述第二电路系统电流隔离。所述感应耦合部包括参考第一参考电位的第一绕组和参考第二参考电位的第二绕组，其中所述第一电路系统包括耦合到所述感应耦合部的信号接收电路系统，其中所述信号接收电路系统包括耦合到所述第一绕组以接收通过所述感应耦合部发射的信号的一个或多个信号接收器。

Communication using inductive coupling unit

【技术实现步骤摘要】
使用感应耦合部的通信
本专利技术总体涉及使用感应耦合部(inductivecoupling)的通信。例如，用于半导体开关的控制器可以包括使用感应耦合部跨过电流隔离通信的发射器和接收器。
技术介绍
在许多场景中的电气设备包括用于在电流隔离的并且因此参考不同的接地电位的发射器和接收器之间发送信息的通信系统。实施例包括功率转换器、医疗装备、船用装备等。这样的通信系统中的通信信道可以使用感应耦合部(比如信号变换器)来实施。与其他变换器一样，信号变换器可以跨过电流隔离转移电能。通常，信号变换器被设计成使漏电感和杂散电容最小化，并且从而改善高频响应。例如，信号变换器的绕组可以被分成段并且交错。开关功率转换器通常通过控制跨过能量转移元件的功率转移来将输入转换为用于负载的经调节的输出。在操作中，控制一个或多个开关以提供期望的功率转移。已经描述了多种多样的方法，包括改变占空比(即，开关的接通时间与总开关周期的比率)、改变开关频率和/或改变每单位时间的电流传导脉冲的数目。功率转换器可以具有彼此电流隔离的初级侧和次级侧。功率转换器还可以包括一个或多个控制器以控制一个或多个开关。所述一个或多个控制器可以跨过电流隔离通信。一个这样的通信系统使用感应耦合部的绕组来将信息从发射器发送到接收器。附图说明参考下面的图描述本专利技术的非限制性和非穷举性的实施方案，其中除非另有说明，否则在各个视图中相同的附图标记指代相同的部分。图1例示了根据本公开内容的一个实施方案的利用在驱动器接口和驱动电路之间具有双向通信的控制器的示例性功率转换系统。图2A例示了根据本公开内容的一个实施方案的在图1的驱动器接口和驱动电路之间具有双向通信的示例性控制器。图2B是例示了用于根据本公开内容的一个实施方案的在图2A中示出的控制器的各种信号的示例性电流值。图3A例示了根据本公开内容的一个实施方案的图2A的示例性数据发射器。图3B例示了根据本公开内容的一个实施方案的图1、图2A和图3A的示例性感测信号。图4例示了根据本公开内容的一个实施方案的图2A的示例性故障发射器。图5例示了根据本公开内容的一个实施方案的图2A的示例性故障接收器和数据接收器。图6A是例示了根据本公开内容的一个实施方案的图2A的驱动器接口和驱动电路之间的各种发射之间的优先级的表。图6B是例示了根据本公开内容的一个实施方案的当数据发射、命令发射和故障发射之间存在冲突时的初级绕组电流的时序图。图6C是例示了根据本公开内容的一个实施方案的当数据发射、命令发射和故障发射之间存在冲突时的初级绕组电流的另一个实施例的时序图。在附图的若干个视图中对应的附图标记指示对应的部件。技术人员将理解，图中的元件是为了简单和清楚而例示的，并且未必按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对本专利技术的多个实施方案的理解。此外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用或必要的常见的但很好理解的元件，以便于更少地阻碍对本专利技术的这些多个实施方案的观察。具体实施方式在下面的描述中，阐明了许多具体细节以提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将明了，实践本专利技术无需采用所述具体细节。在其他情况下，没有详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本专利技术。本说明书全文提到“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指，结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，本说明书全文多处出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全都指相同的实施方案或实施例。此外，所述具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合结合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或其他提供所描述的功能的合适的部件中。另外，应意识到，随此提供的图是出于向本领域普通技术人员解释的目的，并且这些图未必按比例绘制。如上文描述的，电气设备可以包括在彼此电流隔离的发射器和接收器之间提供通信信道的感应耦合部。然而，感应耦合通信信道可能具有某些限制。例如，因为该发射器和该接收器是电流隔离的，所以为该发射器和该接收器提供时钟信号可能是昂贵的。跨过感应耦合通信信道的通信因此通常是异步的，并且不同的发射器可以试图同时发射信号。本说明书描述了可以解决这些限制中的一些的感应耦合通信信道。例如，多个发射器和接收器可以被耦合到一个感应耦合部并且访问该感应耦合部提供的通信信道。实际上，该感应耦合部可以提供多信道访问。在一些情况下，发射器可以异步发射，即没有一个时钟信号或确保它们相应的发射不发生冲突的其他时序机制。在一些情况下，发射的信号可以具有不同的优先级，以使得对于设备的操作更重要的信号比不太重要的信号更可靠地传送。感应耦合通信信道可以被实施在各种不同的设备中，所述设备包括其中开关控制器控制功率开关的切换的功率转换系统。在一些这样的功率转换系统中，功率开关可以是由IGBT驱动器控制的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在一些情况下，开关控制器可以包括驱动器接口和驱动电路，该驱动器接口和驱动电路被耦合以使用感应耦合通信信道跨过电流隔离通信。感应耦合部可以被实施为信号变换器或其他耦合电感器。该驱动器接口可以在变换器的初级侧上，而该驱动电路可以在次级侧上。功率转换系统还可以包括系统控制器，该系统控制器控制一个或多个开关控制器。该驱动器接口可以被耦合以从系统控制器接收一个或多个输入信号，并且向该系统控制器提供一个或多个输出信号。在一个实施例中，该驱动器接口从该系统控制器接收关于使功率开关在接通状态和关断状态之间切换的命令信号。然后，该命令信号经由感应耦合通信信道跨过电流隔离传达到驱动电路，以驱动功率开关的切换。换句话说，该命令信号从功率转换器的初级传达到功率转换器的次级。该驱动电路可以被耦合以接收表示功率转换器的故障条件(诸如功率开关的过电流条件或过电压条件)的故障信号。该故障信号经由感应耦合通信信道跨过电流隔离从该驱动电路传达到驱动器接口。然后，该驱动器接口将该故障信号输出到该系统控制器。换句话说，该故障信号从功率转换器的次级传达到功率转换器的初级。该故障信号对故障的指示可以触发该系统控制器立即关断功率开关，或驱动器可以独立于故障信号发射来关断功率开关。功率开关或功率转换器的操作条件(诸如功率开关的温度或电压、转换器的输入电压、或功率开关的负载电流)也可以从功率转换器的次级传达到功率转换器的初级。这可以被称为数据并且对应的通信被称为数据信号。在本公开内容的实施方案中，关于功率开关/转换器的操作条件的数据信号可以由驱动器电路经由传达故障信号和命令信号的相同的感应耦合通信信道跨过电流隔离传达到驱动器接口。这样，该驱动器接口和该驱动电路能够双向通信，并且可以消除对附加硬件的需要。因此，一个驱动器电路可以经由单个感应耦合通信信道跨过电流隔离传达故障信号和数据信号。在一些实施方案中，驱动器接口被耦合到该感应耦合部的初级绕组，而驱动电路被耦合到该感应耦合部的次级绕组。在一个实施方案中，该驱动器接口通过向初级绕组施加电压来将命令信号发射到驱动电路，所述命令信号在次级绕组中感应出电压和电流。此外，该驱动电路经由该感应耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：第一电路系统，其参考第一参考电位；第二电路系统，其参考第二参考电位并且与所述第一电路系统电流隔离；以及感应耦合部，其将所述第一电路系统和所述第二电路系统电流隔离，所述感应耦合部包括参考所述第一参考电位的第一绕组和参考所述第二参考电位的第二绕组，其中所述第一电路系统包括耦合到所述感应耦合部的信号接收电路系统，其中所述信号接收电路系统包括耦合到所述第一绕组以接收通过所述感应耦合部发射的信号的一个或多个信号接收器，所述一个或多个信号接收器包括：第一比较器，其被耦合以将从所述感应耦合部接收的信号的至少一部分与相对于所述第一参考电位具有第一极性的第一阈值比较，以及第二比较器，其被耦合以将从所述感应耦合部接收的信号的至少一部分与相对于所述第一参考电位具有第二极性的第二阈值比较，其中所述第一极性与所述第二极性相反，其中所述第二电路系统包括耦合到所述感应耦合部的信号发射电路系统，其中所述信号发射电路系统包括一个或多个信号发射器，所述一个或多个信号发射器被耦合以在第一方向上驱动电流通过所述第二绕组来发射第一信号并且在第二方向上驱动电流通过所述第二绕组来发射第二信号，其中所述第一方向与所述第二方向相反。...

【技术特征摘要】
2017.12.05 EP 17205539.41.一种设备，包括：第一电路系统，其参考第一参考电位；第二电路系统，其参考第二参考电位并且与所述第一电路系统电流隔离；以及感应耦合部，其将所述第一电路系统和所述第二电路系统电流隔离，所述感应耦合部包括参考所述第一参考电位的第一绕组和参考所述第二参考电位的第二绕组，其中所述第一电路系统包括耦合到所述感应耦合部的信号接收电路系统，其中所述信号接收电路系统包括耦合到所述第一绕组以接收通过所述感应耦合部发射的信号的一个或多个信号接收器，所述一个或多个信号接收器包括：第一比较器，其被耦合以将从所述感应耦合部接收的信号的至少一部分与相对于所述第一参考电位具有第一极性的第一阈值比较，以及第二比较器，其被耦合以将从所述感应耦合部接收的信号的至少一部分与相对于所述第一参考电位具有第二极性的第二阈值比较，其中所述第一极性与所述第二极性相反，其中所述第二电路系统包括耦合到所述感应耦合部的信号发射电路系统，其中所述信号发射电路系统包括一个或多个信号发射器，所述一个或多个信号发射器被耦合以在第一方向上驱动电流通过所述第二绕组来发射第一信号并且在第二方向上驱动电流通过所述第二绕组来发射第二信号，其中所述第一方向与所述第二方向相反。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个信号接收器包括：第一信号接收器，其包括第一比较器；以及第二信号接收器，其包括第二比较器。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述一个或多个信号发射器包括：第一信号发射器，其被耦合到所述第二绕组以在所述第一方向上驱动电流；以及第二信号发射器，其被耦合到所述第二绕组以在所述第二方向上驱动电流。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述第一信号具有比所述第二信号更高的优先级，并且即使在与所述第二信号发生冲突的情况下也要接收所述第一信号。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述一个或多个信号发射器能够在任何时间发射。6.一种用于包括功率开关的功率转换器的控制器，所述控制器包括根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中：所述第一电路系统是所述控制器的初级侧；并且所述第二电路系统是所述控制器的次级侧。7.根据权利要求6所述的控制器，其中：所述初级侧包括耦合到所述感应耦合部的驱动器接口电路系统，所述驱动器接口电路系统包括所述一个或多个信号接收器。8.根据权利要求7所述的控制器，其中：所述驱动器接口电路系统还包括第三信号发射电路系统，所述第三信号发射电路系统被耦合以通过所述感应耦合部发射命令信号，所述命令信号表示所述功率开关在接通状态和关断状态之间的期望转变；并且所述次级侧包括驱动信号发生器，所述驱动信号发生器被耦合以接收通过所述感应耦合部发射的第三信号，并且响应于此，生成驱动信号，所述驱动信号被配置为在所述接通状态和关断状态之间驱动所述功率开关。9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述一个或多个信号发射器和所述第三信号发射电路系统能够在任何时间发射。10.根据权利要求5或9中任一项所述的控制器，其中：在所述第一方向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·奥利维尔，T·简，B·D·拉斐尔，P·马提亚斯，
申请(专利权)人：电力集成瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH