مقاله شنت دیجیتالی جدا شده جهت تقویت کننده دقیق توان رده D (سال 2018 IEEE)

I. مقدمه

II. لرزش مجزاساز سیگنال

III. سنجش جریان نیم پل با نویز کم

IV. نتیجه گیری

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.

کانورترهای الکترونیک توان بصورت منظم از آنالوگ جدا شده کانورترهای دیجیتال (ACDs) برای بدست آوردن سیگنال های جریان/ولتاژ استفاده می نمایند که مورد نیاز برای سیستم های کنترلی دیجیتالی آنها می باشد. در کانورترهای توان دقیق، مانند، آنهایی که در سیستم های موقعیت یابی دقت نانومتری برای تولیدات مدار یکپارچه بکار می روند، مقدار نویز سیگنالهای سنجش شده ضروری می باشد زیرا منجر به نویز نامطلوب در سیگنال های خروجی کانورتر توان می شود که دلیل آن حساسیت بالا نویز سنسوری سیستم می باشد. این مقاله نشان می دهد که چگونه نمونه لرزش، مانند، انحراف های تصادفی نمونه های ACD از رخدادهای ایده آل، که بصورت قابل توجه ناشی از مجزاسازهای سیگنال دیجیتالی مورد استفاده برای مجزاسازی سیگنال های کنترل ADC می باشد، یک خطا سنجشی را معرفی می نماید و بصورت بحرانی نسبت سیگنال به نویز (SNR) یک سنجش جریان مجزاشده در خروجی یک نیم پل را تحت تاثیر قرار می دهد. شکل های لرزش ها مجزاسازهای سیگنال دیجیتالی مورد استفاده قرار گرفته، سنجش می شوند، در صورتی که این مقادیر به ندرت در مقاله ها یافت می شوند. این موضوع مشخص است که لرزش RMS بصورت قابل توجهی بین دستگاه های آنالیز شده، از 13 ps به بیش از 250 ps، حتی در میان انهایی که از رویکردهای مجزاسازی مشابه استفاده می نمایند، تغییر می یابد. بنابراین، در مرحله دوم، بصورت تحلیلی نتیجه گیری می شود که چگونه القاگر نیم پل، و ریپل های جریان نیم پل، بصورت مستقیم SNR سنجش جریان را تحت تاثیر قرار می دهد. استفاده از معادلات طراحی ساده معادل، که با شبیه سازی عددی تایید می شوند، القاگر نیم پل می توانند طراحی شوند که بصورت قابل توجهی نویز سنجش جریان نیم پل را با ضریب بیش از تقریبا 6. در شکل های سنجشی کاهش می دهد.