Abstract

Power electronic converters regularly employ isolated analog to digital converters (ADCs) for the acquisition of voltage/current signals that are required for their digital control systems. In precision power converters, such as, e.g., those required in nanometer-accuracy positioning systems for integrated circuit manufacturing, the noise content of the measured signals is critical since it leads to undesired noise in the power converter output signals due to the feedback system’s high sensor noise sensitivity. This paper illustrates how sampling jitter, i.e., stochastic deviations of the ADC’s sampling instants from their ideal occurrences, which is mainly caused by the digital signal isolators used to isolate the ADC control signals, introduces a measurement error and critically influences the signal to noise ratio (SNR) of an isolated current measurement at the output of a halfbridge. Jitter figures of commonly used digital signal isolators are measured, as these values are rarely available in literature. It is revealed that RMS jitter varies significantly between the analyzed devices, from 13 ps up to 250 ps, even among those that utilize similar isolation techniques.

Thus, in a second step, it is analytically derived how the half-bridge inductor, and the related half-bridge current ripple, directly influence the SNR of the current measurement. Using the resulting simple design equations, which are also verified with numeric simulations, the half-bridge inductor can be designed to significantly reduce the half-bridge current measurement noise, by a factor of up to ≈0.6 in common measurement configurations.

نمونه ترجمه مقاله:

1. مقدمه

سیستم های کنترل دیجیتال برای کانورترهای الکترونیک توان، در مقایسه با همتایان آنالوگ آنها، انعطاف پذیری بیشتری دارند زیرا آنها می توانند به آسانی برای سازگاری با سیستم مشابه هماهنگ و مقیاس بندی شوند، که منجر به هزینه و زمان توسعه کمتر می شود. در صورتی که قوانین کنترل در مدارها یا نرم افزار دیجیتالی بکار گرفته شوند، کمیتها بایستی کنترل شوند، مانند، ولتاژ های خروجی کانورتر یا جریان ها، که نیاز به رقمی شدن دارند ]1[. این موضوع بصورت کلی با استفاده از آنالوگ یکپارچه کانورترهای دیجیتالی (ADCs) صورت می گیرد، که در دامنه وسیعی از مقادیر رزولوشن ها، دقت ها و تبدیل ها موجود می باشند. بعنوان بخش کلیدی یک سیستم بازخوردی با لوپ بسته، مدارهای رقمی و جذب سیگنالی بایستی سیگنالهای نویز کم ارائه دهند، در صورتی که این نویزها بصورت مستقیم به سیستم های بازخوردی تزریق می شوند که نمی توان آنها را با مولفه های نویز غیر مطلوب از سیگنال مطلوب اصلی جدا نمود، برای مثال، خروجی کنترل بصورت مساوی به سیگنال مرجع حساس است در صورتی که به نویز سنسوری نیز حساسیت دارد ]2[.

کانورترهای توان ارائه دهنده جریان ها یا ولتاژهای خروجی با نویز بسیار کم، که در کاربردهای صنعتی مانند توموگرافی رزونانس مغناطیسی، سیملوله های کاهش یافته مغناطیسی یا سیستم های موقعیت یابی مکاترونیک دقیق استفاده می شوند، جریان های موجی را با نسبت های سیگنال به نویز (SNRs) بیش از 100 Db ارائه می نمایند ]3[، ]4[. در نتیجه اینکه، منابع نویز بایستی بدقت آنالیز و به شمار آورده شوند، که شامل سیستم های ADC می شوند ]5[. معمولا اینکه، ADC و مداربندی جلو-انتهایی آن ( مانند تقویت کننده، فیلترها و/یا حایل های سیگنال) می توانند بدین صورت طراحی شوند که سیگنال خروجی رقمی شده شامل نویز کم به نسبت کافی برای کاربرد مد نظر باشند. شکل 1 یک تصویر مدار را نشان می دهد که دارای یک سنجش جریان مجزاشده گالوانیزه ای در یک تنظیمات سویچینگ نیم پل می باشد، که یک توپولوژی از الکترونیک های توان می باشد. رزیستور شنت  نشان دهنده نویز کم و یک خطی بالا در مقایسه با سنسورهای جریان مجزا یا یکپارچه می باشد ]6[، ]7[. در مقایسه با موقعیت شنت در طرف پایین، که مداربندی حسگری مجزاشده را رفع می نماید، راه اندازی به تصویر کشیده شده اجازه تشخیص سریع جریان های خروجی خطایی را در تمام زمان ها می دهد ]7[، ]8[. آنالیز ارائه شده در این کار مبتنی بر توپولوژی نیم پل در کاربردهای یک تقویت کننده تمام پل رده D می باشد، و بنابراین به آسانی در روش شناخته شده ای در مقایسه با توپولوژی های دیگر که شامل تنظیمات سویچینگ نیم پل می باشند، می توانند استفاده شوند.