專利名稱：一種igbt脈沖校驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種IGBT脈沖校驗方法，涉及功率器件IGBT的驅(qū)動觸發(fā)過程中的保護信號、錯誤信號和脈沖信號的處理和傳輸，屬于電力電子IGBT應用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)是20世紀80年代中期問世的一種新型電力電子器件，它兼有MOSFET的快速響應、高輸入阻抗和GTR的低通態(tài)壓降、高電流密度等多種優(yōu)良的特性得到了迅速發(fā)展，至今幾乎可以替代一切其它類型的功率器件?，F(xiàn)有成熟的高電壓等級IGBT已能達到4000V，高頻IGBT已經(jīng)達到150K硬開關(guān)等高性能。IGBT應用范圍一般都在600V，1KA，IkHz以上的區(qū)域。主要應用于變頻器主回路及一切逆變電器及一切DC-AC變換中。例如電機控制，電動汽車，伺服電機，UPS，開關(guān)電源， 斬波電源，無軌電車以及要求低速低損耗的應用領(lǐng)域和近些年來高速發(fā)展的新能源領(lǐng)域如光伏逆變器，風電變流器等。IGBT需要進行觸發(fā)脈沖校驗，以防止脈沖在傳輸過程中丟失造成IGBT功率管的損壞，防止驅(qū)動板的短暫故障信號消失后自啟動設(shè)備再次啟動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種IGBT脈沖校驗方法，防止脈沖在傳輸過程中丟失造成 IGBT功率管的損壞，防止驅(qū)動板的短暫故障信號消失后自啟動設(shè)備再次啟動，解決背景技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種IGBT脈沖校驗方法，防止PWM驅(qū)動脈沖丟失，當接收到 PWM脈沖的上升沿或者下降沿跳變時，間隔一段時間IGBT會返回一個700ns的脈沖信號，通過檢測這個信號的有無以及持續(xù)時間的長短，來判斷脈沖是否丟失，運用CPLD做為檢測控制器，同時將故障狀態(tài)存入CPLD的相應寄存器。PWM是脈沖寬度調(diào)制，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制， 是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。CPLD(CompleX Programmable Logic Device)復雜可編程邏輯器件，是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的器件， 相對而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。PWM驅(qū)動板供電電壓欠壓保護信號只是短時間的，所以運用CPLD內(nèi)的寄存器記錄欠壓信號；IGBT的短路狀態(tài)下驅(qū)動板的保護也是短時間的，如果持續(xù)時間較長保護狀態(tài)會消失；因此也需要將故障狀態(tài)記錄到CPLD的相應寄存器內(nèi)，這對于光伏逆變器這樣的自動啟動系統(tǒng)是非常必要的。最后對各種故障狀態(tài)的寄存器進行總的操作，只要有一種故障發(fā)生，則由CPLD的 I/O 口發(fā)出指令，傳給CPU主控制器，主控制器進行封脈沖保護操作。本發(fā)明的積極效果本發(fā)明彌補了 IGBT驅(qū)動板硬件保護的不足之處，使得在大功率設(shè)備中功率單元能夠得到更好的保護，由于硬件IGBT的驅(qū)動板上的驅(qū)動欠壓，短路、過熱保護都是短暫性的，因此加強了驅(qū)動欠壓，管子的過熱短路保護，使發(fā)生故障時，能夠長時間的保護功率單元，彌補了硬件驅(qū)動板一些保護功能的不足之處。


圖1是正常工作狀態(tài)下驅(qū)動信號和反饋信號示意圖； 圖2是故障狀態(tài)下驅(qū)動信號和反饋信號示意圖3是6路脈沖程序示意圖； 圖4是單路脈沖校驗檢測流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。一種IGBT脈沖校驗方法，防止PWM驅(qū)動脈沖丟失，當接收到PWM脈沖的上升沿或者下降沿跳變時，間隔一段時間IGBT會返回一個700ns的脈沖信號，通過檢測這個信號的有無以及持續(xù)時間的長短，來判斷脈沖是否丟失，運用CPLD做為檢測控制器，同時將故障狀態(tài)存入CPLD的相應寄存器。更具體的脈沖校驗方法如下所述
硬件連接如下，每路脈沖信號被同時引出2路，一路送到CPLD的I/O 口，另一路直接送到IGBT的驅(qū)動板，同時把IGBT驅(qū)動板的短路故障FO信號和驅(qū)動電壓低SO信號，送到CPLD 的相應I/O 口 ；正常工作條件下，IGBT的驅(qū)動信號和反饋信號波形如圖1所示，IGBT驅(qū)動板在正常電壓下工作，沒有任何故障發(fā)生時，門極接收到一個規(guī)則的高電平觸發(fā)脈沖后，在脈沖的上升沿延時120ns后門極反應，脈沖上升沿發(fā)生220ns后，狀態(tài)反饋端會接收到一個 700ns的高電平脈沖，在脈沖的下降沿延時IOOns后門極開始反應關(guān)斷，并且在脈沖的下降沿發(fā)生220ns后同樣會在狀態(tài)反饋端接收到一個700ns的高電平脈沖信號；當發(fā)生短路故障時，F(xiàn)O信號保持11微秒的高電平信號；電壓低時，SO也保持一定時間的高電平信號，之后故障信號消失；
故障條件下，IGBT的驅(qū)動信號和反饋信號波形如圖2所示，當發(fā)生短路、過壓、過流等損壞功率管的故障時，狀態(tài)反饋端直接被拉升為高電平并保持相當長的時間llus.同時在狀態(tài)反饋端上升沿后3. 6us后封鎖IGBT的門極，達到保護的目的；在驅(qū)動板電壓過低時，SO 反饋端也會接收到一個高電平信號并且持續(xù)時間和過流故障時反饋的時間相同，保護功能主要通過配套的硬件驅(qū)動板實現(xiàn)的，能很好的保護功率器件，但對于脈沖傳輸過程中丟失現(xiàn)象驅(qū)動板無法實現(xiàn)檢測校驗；對于三相電路，由于高頻干擾等現(xiàn)象，如果有一相或者2相脈沖有丟失的現(xiàn)象，很容易造成功率管的損壞；本脈沖校驗方法主要是針對這種情況進行處理的，同時增加了過流過壓等雙重故障保護；
首先，定義PWM1-6，F(xiàn)O1-3，SO1_3，復位，時鐘和故障輸出等信號的CPLD相應的輸入輸出引腳；進行復位信號同步，使計數(shù)器模塊、脈沖上升沿丟失、脈沖下降沿丟失、 FO故障檢測等模塊能同時復位；進行控制信號同步化，之后進行反饋信號同步化；判斷脈沖信號正跳變和負跳變，判斷反饋信號正跳變和負跳變，并對相應的標志量進行置位；
然后，進行計數(shù)器的啟?？刂疲ㄟ^相應的標志量，使能計數(shù)器1 (脈沖上升沿使能)，計數(shù)器2開始計數(shù)(脈沖下降沿使能);判斷計數(shù)器1是否達到計數(shù)的時間，如果達到計數(shù)的時間，仍然沒有接收到反饋信號；則報出故障ERROR=I ；如果在要求的時間內(nèi)接收到了反饋信號，則計數(shù)器1清零；判斷計數(shù)器2是否達到計數(shù)的時間，如果達到計數(shù)的時間，仍然沒有接收到反饋信號；則報出故障ERRORl=I ；如果在要求的時間內(nèi)接收到了反饋信號，則計數(shù)器2
清零；
隨后，在接收到反饋信號的上升沿的時候，計數(shù)器3使能，開始計數(shù)；當計數(shù)時間到達時，如果反饋信號仍然為高點平，則認定是FO信號，報出故障ERR0R2=1 ；如果反饋信號為低電平則計數(shù)器清零，ERR0R2=0 ；
最后，把SO故障信號存儲到相應的寄存器，對6路脈沖，6路F0，3路SO的故障發(fā)出信號進行綜合處理；送到CPLD的輸出端口，上傳到主控單元。校驗方法中運用的主要器件是MAX3000A系列的EPM3256ATC144-10。PWM脈沖在給光纖接口的同時也給CPLD，先就1路PWM信號進行說明，首先進行異步復位同步化、控制信號同步化、反饋信號同步化，為下面檢測脈沖跳變和反饋信號的跳變做準備。同時定義了 3個計數(shù)器，當檢測到PWM脈沖的正跳變和負跳變時，計數(shù)器的使能位置1，表示計數(shù)器1計數(shù)器2開始計數(shù)。如果計數(shù)值達到20時，即1333ns。在1333ns內(nèi)接收到反饋信號700ns 的上升跳變沿則計數(shù)器清零。如果在規(guī)定的1333ns沒有接收到700ns的反饋信號，說明脈沖丟失沒有得到IGBT的反應，則發(fā)出相應的故障電平向上級控制器報錯，使控制器封脈沖設(shè)備停止工作。當檢測到反饋信號的正跳變時，計數(shù)器3的使能位置1，計數(shù)器開始計數(shù)，當計數(shù)器值達到11時，即73^s。如果反饋信號仍為高電平狀態(tài)則說明是IGBT發(fā)生故障，向上級控制器報錯控制器封鎖脈沖，設(shè)備停止工作，以免損壞設(shè)備。對上述的1路脈沖檢測功能進行例化6次，對六路脈沖檢測故障寄存器進行“或” 操作，同時“或”上每個驅(qū)動板電壓過低的故障信號和過壓過流故障，達到可靠保護設(shè)備的目的。六路脈沖程序的流程示意圖如圖3，單路脈沖校驗和故障檢測流程圖如圖4。
權(quán)利要求
1.一種IGBT脈沖校驗方法，其特征在于當接收到PWM脈沖的上升沿或者下降沿跳變時，間隔一段時間IGBT會返回一個700ns的脈沖信號，通過檢測這個信號的有無以及持續(xù)時間的長短，來判斷脈沖是否丟失，運用CPLD做為檢測控制器，同時將故障狀態(tài)存入CPLD 的相應寄存器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種IGBT脈沖校驗方法，其特征在于最后對各種故障狀態(tài)的寄存器進行總的操作，只要有一種故障發(fā)生，則由CPLD的I/O 口發(fā)出指令，傳給CPU主控制器，主控制器進行封脈沖保護操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之一種IGBT脈沖校驗方法，其特征在于更具體的脈沖校驗方法如下所述每路脈沖信號被同時引出2路，一路送到CPLD的I/O 口，另一路直接送到IGBT的驅(qū)動板，同時把IGBT驅(qū)動板的短路故障FO信號和驅(qū)動電壓低SO信號，送到CPLD的相應I/O 口 ； 正常工作條件下，IGBT驅(qū)動板在正常電壓下工作，沒有任何故障發(fā)生時，門極接收到一個規(guī)則的高電平觸發(fā)脈沖后，在脈沖的上升沿延時120ns后門極反應，脈沖上升沿發(fā)生220ns 后，狀態(tài)反饋端會接收到一個700ns的高電平脈沖，在脈沖的下降沿延時IOOns后門極開始反應關(guān)斷，并且在脈沖的下降沿發(fā)生220ns后同樣會在狀態(tài)反饋端接收到一個700ns的高電平脈沖信號；當發(fā)生短路故障時，F(xiàn)O信號保持11微秒的高電平信號；電壓低時，SO也保持一定時間的高電平信號，之后故障信號消失；故障條件下，當發(fā)生短路、過壓、過流等損壞功率管的故障時，狀態(tài)反饋端直接被拉升為高電平并保持相當長的時間llus，同時在狀態(tài)反饋端上升沿后3. 6us后封鎖IGBT的門極，達到保護的目的；在驅(qū)動板電壓過低時，SO反饋端也會接收到一個高電平信號并且持續(xù)時間和過流故障時反饋的時間相同，保護功能主要通過配套的硬件驅(qū)動板實現(xiàn)的，能很好的保護功率器件，但對于脈沖傳輸過程中丟失現(xiàn)象驅(qū)動板無法實現(xiàn)檢測校驗；對于三相電路，由于高頻干擾等現(xiàn)象，如果有一相或者2相脈沖有丟失的現(xiàn)象，很容易造成功率管的損壞； 本脈沖校驗方法主要是針對這種情況進行處理的，同時增加了過流過壓等雙重故障保護；首先，定義PWM1-6，F(xiàn)O1-3，SO1_3，復位，時鐘和故障輸出等信號的CPLD相應的輸入輸出引腳；進行復位信號同步，使計數(shù)器模塊、脈沖上升沿丟失、脈沖下降沿丟失、 FO故障檢測等模塊能同時復位；進行控制信號同步化，之后進行反饋信號同步化；判斷脈沖信號正跳變和負跳變，判斷反饋信號正跳變和負跳變，并對相應的標志量進行置位；然后，進行計數(shù)器的啟?？刂?，通過相應的標志量，使能計數(shù)器1，脈沖上升沿使能，計數(shù)器2開始計數(shù)，脈沖下降沿使能；判斷計數(shù)器1是否達到計數(shù)的時間，如果達到計數(shù)的時間，仍然沒有接收到反饋信號；則報出故障ERROR=I ；如果在要求的時間內(nèi)接收到了反饋信號，則計數(shù)器1清零；判斷計數(shù)器2是否達到計數(shù)的時間，如果達到計數(shù)的時間，仍然沒有接收到反饋信號；則報出故障ERRORl=I ；如果在要求的時間內(nèi)接收到了反饋信號，則計數(shù)器2 清零；隨后，在接收到反饋信號的上升沿的時候，計數(shù)器3使能，開始計數(shù)；當計數(shù)時間到達時，如果反饋信號仍然為高點平，則認定是FO信號，報出故障ERR0R2=1 ；如果反饋信號為低電平則計數(shù)器清零，ERR0R2=0 ；最后，把SO故障信號存儲到相應的寄存器，對6路脈沖，6路F0，3路SO的故障發(fā)出信號進行綜合處理；送到CPLD的輸出端口，上傳到主控單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種IGBT脈沖校驗方法，屬于電力電子IGBT應用技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是當接收到PWM脈沖的上升沿或者下降沿跳變時，間隔一段時間IGBT會返回一個700ns的脈沖信號，通過檢測這個信號的有無以及持續(xù)時間的長短，來判斷脈沖是否丟失，運用CPLD做為檢測控制器，同時將故障狀態(tài)存入CPLD的相應寄存器。本發(fā)明彌補了IGBT驅(qū)動板硬件保護的不足之處，使得在大功率設(shè)備中功率單元能夠得到更好的保護，由于硬件IGBT的驅(qū)動板上的驅(qū)動欠壓，短路、過熱保護都是短暫性的，因此加強了驅(qū)動欠壓，管子的過熱短路保護，使發(fā)生故障時，能夠長時間的保護功率單元，彌補了硬件驅(qū)動板一些保護功能的不足之處。
文檔編號G01R31/26GK102445647SQ20111030428
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者任曉鵬, 包鳳永, 張喜軍, 王文瑞, 王飛, 高姊敬 申請人:保定天威集團有限公司