低时滞通信系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般而言涉及电力转换器，并且更具体而言涉及用于控制电力转换器的至 少一个电力开关设备的通信方法、用于电力转换器的通信系统以及包括该通信系统的电力 转换器。
【背景技术】
[0002] 通信系统可以被用来将电力转换器（诸如AC到DC转换器或DC到AC逆变器）的 组件连接在一起。转换器可以用于从低压芯片到计算机、机车和高压输电线路的应用。更 具体的示例应用是用于在可以例如携带来自离岸风装置的电力这种类型的高压dc输电线 路中的开关，以及用于马达等（例如机车马达）的中压（例如，大于lkv)开关。
[0003] 由通信系统连接的转换器的组件可能是控制器（诸如确定电力开关设备的集合 的所需状态的智能设备）、诸如控制单独电力开关设备（诸如绝缘栅双极晶体管（IGBT)) 的状态的智能"门驱动"的开关单元、诸如温度或电流传感器的传感器或者诸如冷却系 统栗的致动器。这种电力开关设备的例子包括如上提到的IGBT，但是另选地可以是诸如 M0SFETS(垂直或横向）和JFET的FET，或者有可能是诸如LILET(横向反转层发射极晶体 管）、SCR等的设备。但是，我们将描述的技术不限于任何特定类型的通用转换器体系架构 或任何特定类型的电力开关设备。
[0004]具体地考虑电力电子系统的控制设备（⑶）和一个或多个电力开关单元（SU)之间 的通信，一般存在传送开关信息的控制信道以及传送配置信息的数据信道，在电力电子器 件中，在CD和SU之间一般要求电压隔离。因此，物理通信链路可以通过光学手段（光耦合 器或光纤收发器）、电气手段（感应式或电容式耦合）或RF手段被提供。
[0005] 例如，电力电子系统可以包括控制器和开关单元之间的点到点光纤对一一被称为 传统光纤网络（LF0N)。在这个方案中，一根光纤将来自控制器的控制数据携带到开关设备， 其中"lighton"的意思是"开启";另一根光纤将来自开关设备的故障数据携带到控制器， 其中"lightoff"的意思是"故障"。任何进一步的信息都必须由另选的通信信道发送，例 如使得控制/故障和数据流在物理上分开的信道（电线）上被携带。但是，任何附加物理 链路的成本就板面积和组件成本两个方面而言都高。
[0006] 因此，仍然需要改进的通信方法或系统，除其它之外，优选地具有以下优点，诸如 每个电力开关设备的可靠开关操作、电力转换器的高效率和/或低功耗（例如降低与电力 开关设备的开关相关联的功耗）、已知的等待时间、低时滞、降低的制造成本、减小的尺寸和 /或与现有系统组件（例如，为LF0N设计的组件）的向后兼容，等等。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的第一方面，提供了用于控制电力转换器的至少一个电力开关设备的 通信方法，该方法包括：将信号输入到通信链路的发送端；将数据输入到通信链路的发送 端；确定信号是否包括过渡；当所述确定指示信号包括过渡时，将包括过渡的信号发送到 通信链路的通信信道中，其中发送的信号相对于输入的信号被延迟预定的时间延迟，所述 预定的时间延迟允许所述确定；在通信信道上发送数据，其中，当所述确定指示信号包括过 渡时，发送该数据被一直延迟到所述发送该信号之后；以及，如果信号已经被发送，则在通 信链路的接收端处接收所发送的信号并且依赖于所述接收的信号控制至少一个所述电力 开关设备。
[0008] 因此，实施例可以允许通过单个物理通信链路（例如，光纤或电气）传输数据（例 如，用于设置或确认配置设置）以及控制或故障信号，有利地是使用单个通信信道（逻辑连 接），同时在适当的时候确保信号的传输优先于数据，使得信号的过渡总是以已知的和/或 低等待时间被输送。当存在基本上实时的需求时，例如对于故障指示，这种低等待时间尤其 有利。等待时间可以由预定的时间延迟确定，该时间延迟优选地是利用缓冲器（例如串行 缓冲器）实现的，用于使信号在传输之前经过。发送数据的延迟可以有效地防止数据与信 号在通信信道上的冲突，当这种数据和信号可以在输入到发送端之前异步生成时，这具有 特别的优势。此外，控制/故障和数据流在每个方向中通过一个物理信道的传送对于与现 有方案的向后兼容会是有利的。还有，通过以这种方式减少信道的数目（其中信道在实施 例中可以被描述为逻辑连接），材料使用和/或成本（例如板面积和组件成本）可以降低。 [0009] 实施例可以允许信号过渡（例如像高-低或数字'1' _> '0'（或者反过来）的状 态改变）的通信有效地先于不太时间关键的数据消息在通信链路上传播。作为控制信号的 一部分的这种过渡可以被用来在通信链路的接收端处触发电力开关设备的开关，优选地经 由诸如用于IGBT模块的门驱动的驱动器。当这种开关被触发时，从属的控制可以被认为是 直接对控制信号进行响应。另选地，当这种过渡作为故障信号的一部分时，从属的控制可以 控制在前面提及的链路的接收端处的电力开关设备和/或转换器内的其它电力开关设备， 例如在转换器的一个或多个相腿（phaseleg)中串联和/或并联耦合的这种设备（见例如 图9)。因此，在任何一个设备发生故障的情况下，由这种网络中的这种设备传导的电流可以 在设备之间重新分布。
[0010] 如以上所指示的，在任何实施例中，电力开关设备的任何控制都优选地借由驱动 电路（例如用于IGBT的门驱动）来执行一一由此任何实施例中的电力开关设备都可以经 由驱动电路耦合到通信链路，其中驱动电路接收控制信号并控制设备以相应地开关以及/ 或者经由通信链路向控制器发送与驱动电路和/或（一个或多个）电力开关设备相关的故 障信号。通信链路的发送和/或接收端可以包括接口，例如是到驱动电路和/或电力开关 设备或者到控制器的接口。
[0011] 还可以提供通信方法，其中通信链路是第一通信链路，信号是第一信号，数据是第 一数据并且预定的时间延迟是第一预定的时间延迟，该方法还包括经由第二通信链路传送 第二信号和第二数据，其中经由第二链路传送包括：将第二信号输入到第二通信链路的发 送端；将第二数据输入到第二通信链路的发送端；确定第二信号是否包括过渡；当所述确 定指示第二信号包括过渡时，将第二信号发送到第二通信链路的通信信道中，其中发送的 第二信号相对于输入的第二信号被延迟第二预定的时间延迟，所述第二预定的时间延迟允 许所述确定第二信号是否包括过渡；在第二通信信道上发送第二数据，其中，当所述确定指 示第二信号包括过渡时，发送第二数据被一直延迟到所述发送第二信号之后；并且，如果第 二信号已经被发送，则在通信链路的接收端处接收所发送的信号并且依赖于所述接收的第 二信号控制至少一个另一电力开关设备。
[0012] 因此，即使单个物理通信链路/信道可以用于到每个目的地的信号和数据目的 地，实施例也可以提供数据传输，同时确保诸如控制或故障信号的信号的过渡在相应目的 地的到达之间的低时滞。当信号是用于开和关诸如IGBT的电力开关设备的控制信号时，这 是特别有兴趣的。例如，关于电力转换器中串联连接的IGBT的电压平衡或者对于并联连接 的IGBT中的电流共享（参见图9)，低时滞会是有利的，除其它之外，这种平衡影响可靠性和 /或功耗。
[0013] 鉴于以上，为了同步多个电力开关设备的开关，实施例可以允许到多个开关单元 中每一个的控制信道具有已知的等待时间并且还允许这种单元之间的低时滞。类似的优点 可以关于从开关设备或单元到控制器的通信发现，其中这种通信用于传送状态信息和监视 信息。
[0014]优选地，第一和第二预定的时间延迟用于在第一和第二信号同时发送时，使依赖 于接收到的第一信号对至少一个电力开关设备的控制和依赖于接收到的第二信号对至少 一个另一电力开关设备的控制基本上（例如，精确地或近似地）同步。当每个所述控制包 括开或关至少一个电力开关设备时，时间延迟可以因此改善例如可靠性和/或功率效率以 及/或者减小在开关的时点对一个或多个开关设备的应力。
[0015] 为了提供从信道到信道相一致的已知定时延迟，第一和第二预定的时间延迟可以 基本上相等，以由此减小第一信号在第一通信链路的接收端处的到达与第二信号在第二通 信链路的接收端处的到达之间的时滞。
[0016]还可以提供通信方法，其中数据利用调制方案在通信信道上被发送，该方法包括： 如果接收到的脉冲具有大于数据调制方案的预定脉冲宽度的持续时间，则将在通信链路的 接收端处接收到的脉冲作为控制或故障信号脉冲进行处理（例如解码）。这种数据可以是 上述第一或第二数据。优选地，如果脉冲长度大于阈值长度，例如大于调制方案的数据脉冲 的预期持续时间，例如数据脉冲的持续时间的两倍，则脉冲被作为控制/故障脉冲来对待。 这可以考虑到由于例如传播条件造成的某种脉冲宽度失真。基于脉冲宽度的区分可以被认 为是基于频率的控制/故障信号与数据信号之间区分的例子，在这种情况下，是基于控制/ 故障信号与数据信号相比而言更低的脉冲频率。
[0017] 第一（第二）延迟数据可以在所述在通信信道上发送所述第一（第二）信号之后 以预定的延迟被发送到通信信道上。在这种情况下，数据可能不在控制信号发送之后立即 被发送。相反，除了如上所描述的控制/故障信号的改进的等待时间，用于数据传输的固定 延迟还可以允许数据传输中的已知和/或低等待时间。但是，我们注意到，在实施例中，预 定延迟可能不是总发生，例如，当信号具有高频率并且优先、使得数据会不确定地被延迟而 不是具有预定的延迟时和/或如果在缓冲器中存在碰撞一一如果在第一过渡之后很短时间 信号具有另一个过渡，则数据会被再次延迟。
[0018]优选地，可以包括故障或控制信息的任何数据都利用脉冲位置