专利名称：Scr、igbt通用控制芯片架构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种芯片，特别是涉及一种SCR、IGBT通用控制芯片架构。
背景技术：
电力半导体器件是电力电子技术的基础，是电力变流装置的心脏，它非但对电力变流装置的体积、重量、效率、性能以及可靠性等起到至关重要的作用，而且对装置的价格也起了很大的影响。一种新型器件的诞生往往使整个装置系统面貌发生巨大改观，促进电力电子技术向前发展。自1957年世界上第一个晶闸管问世以来，经过40多年的开发和研究，已推出各种电力半导体器件近40种，目前正沿着高频化、智能化、大功率化和模块化方向发展。
目前用量最大电力电子功率器件就是SCR(Silicon Controlled Rectifier,可控娃整流器)和IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)，和相应的控制电路组合应用于多种领域，如可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关、交流电机调速、开关电源、照明电路、牵引传动等。目前SCR控制电路主要是各种移相触发电路，市场上主有两大类第一类是模拟型的。70年代以前，我国SCR电路的触发板几乎全部由分立元件组成，工作可靠性很差。80年代初出现专用集成触发电路系列产品，其广泛应用，从根本上改进了晶闸管触发电路的可靠性。同步信号为锯齿波的触发器，外接锯齿波电容及斜率调整电路，经调制输出调制脉冲，基本原理其控制信号同锯齿波进行比较或者控制信号与同步电压叠加的方法进行移相，此类型易受元件参数分散性、同步电压波形畸变、温度变化等因数的影响。其电路较为复杂，可靠性低，抗干扰性差为其突出的毛病，当同步电压不对称度为±1°时，移相脉冲的不对称度将达到4% 6%。从而造成输出的不稳定，且装置功率越大，这种状况就越明显。第二类是可编程数字型的。90年代以后，数字触发电路兴起，通过单片机、CPLD等器件设计而成，采用编程的方法来实现同步和移相，其突出的毛病是电路规模较大，技术要求高，软件抗干扰能力差，体积无法做得很小，不易实现产品的小型化、量产，限制了其广泛的应用。目前IGBT控制电路主要是各种PWM控制电路，市场上主有两大类第一类是由通用控制器构成的控制电路。其突出的毛病是，技术要求高，软件抗干扰能力差，体积无法做得很小，不易实现产品的小型化、量产，限制了其广泛的应用；第二类是专用芯片。这类芯片目前主要依赖进口。技术上看只能实现人为控制下的开环控制，在很多应用场合还是存在技术要求高，电路规模大，小型化困难的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种SCR、IGBT通用控制芯片架构，其使用户根据应用场合方便选用不同的功率器件而不用过多考虑控制电路的变化，同时使电力模块向小型化和智能化方向发展，满足未来智能电网用电侧产品发展的需要。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种SCR、IGBT通用控制芯片架构，其特征在于，SCR、IGBT通用控制芯片架构包括比较器、噪声消除电路、电网频率漂移消除电路、缺相电路、移相电路、触发脉冲发生电路、驱动电路、模拟数字转换器、PID算法模块、过流过压保护电路、串行通讯接口、控制寄存器、电源波形幅值控制电路、电源频率控制电路、PWM发生器、死区消除电路、载波发生器、电源波形只读存储器，比较器与噪声消除电路连接，噪声消除电路还与电网频率漂移消除电路连接，电网频率漂移消除电路与缺相电路连接，缺相电路与触发脉冲发生电路连接，触发脉冲发生电路与驱动电路连接，模拟数字转换器与PID算法模块连接，PID算法模块与过流过压保护电路连接，过流过压保护电路与驱动电路连接，串行通讯接口与控制寄存器连接，控制寄存器与触发脉冲发生电路、电源频率控制电路连接，电源频率控制电路与电源波形幅值控制电路、PWM发生器连接，PWM发生器与死区消除电路、载波发生器、电源波形只读存储器连接，死区消除电路与触发脉冲发生电路连接。优选地，所述SCR、IGBT通用控制芯片架构还包括时钟管理电路。 优选地，所SCR、IGBT通用控制芯片架构包括SCR控制模式或IGBT控制模式。优选地，所述SCR控制模式和IGBT控制模式都包括开环工作模式、闭环工作模式、与外部控制器协同工作模式。本发明的积极进步效果在于本发明能对电能进行各种变换、控制和调节，具有节能、省材、高产的特点，使用户根据应用场合方便选用不同的功率器件而不用过多考虑控制电路的变化，同时使电力模块向小型化和智能化方向发展，满足未来智能电网用电侧产品发展的需要。
图I所示为本发明SCR、IGBT通用控制芯片架构的应用原理电路示意图。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。如图I所示，本发明SCR、IGBT通用控制芯片架构包括比较器、噪声消除电路、电网频率漂移消除电路、缺相电路、移相电路、触发脉冲发生电路、驱动电路、模拟数字转换器(ADC, Analog—to—Digital Converter)、PID (Proportional—Integral—Derivative,比例-积分-微分)算法模块、过流过压保护电路、串行通讯接口、控制寄存器、电源波形幅值控制电路、电源频率控制电路、PWM发生器、死区消除电路、载波发生器、电源波形只读存储器(ROM)、时钟管理电路，比较器与噪声消除电路连接，噪声消除电路还与电网频率漂移消除电路连接，电网频率漂移消除电路与缺相电路连接，缺相电路与触发脉冲发生电路连接，触发脉冲发生电路与驱动电路连接，模拟数字转换器与PID算法模块连接，PID算法模块与过流过压保护电路连接，过流过压保护电路与驱动电路、时钟管理电路连接，串行通讯接口与控制寄存器连接，控制寄存器与触发脉冲发生电路、电源频率控制电路连接，电源频率控制电路与电源波形幅值控制电路、PWM发生器连接，PWM发生器与死区消除电路、载波发生器、电源波形只读存储器连接，死区消除电路与触发脉冲发生电路连接。本发明使用户根据应用场合方便选用不同的功率器件而不用过多考虑控制电路的变化，同时使电力模块向小型化和智能化方向发展，满足未来智能电网用电侧产品发展的需要。本发明SCR、IGBT通用控制芯片架构集成了 SCR和IGBT核心控制电路，用户可通过外部控制信号，分别选择SCR控制模式或IGBT控制模式。
下面具体对SCR控制模式和IGBT控制模式。SCR控制模式包括以下三种模式(I)开环工作模式，三相正弦输入经过比较器，转换成与输入同步的发波信号，进入电网频率漂移消除电路消除用以消除输入信号中噪声和由于电网频率漂移带来的误差，成为干净的同步方波信号，再进入移相电路。移相电路的移相控制信号由外部电压输入提供，控制电压范围0 5V，对应的移相范围0 180°。移相电路的移相控制电压经过IObitADC转换，作为移相电路中计数器的初始置数值，当计数器(计数频率为102. 4KHz)计满置数的值时，产生一个移相脉冲，这个移相脉冲就相对于同步方波信号移动了 Vcon* (1024/5) * (1/102400)秒。这个移相脉冲再触发脉宽发生电路，产生所需要的脉宽信号，经过调制后输出。另外，缺相电路在输入信号缺相时，将输出屏蔽。(2)闭环工作模式，此时反馈输入电压经过IObitADC转换，输入PID算法模块，PID算法模块根据预置值调整移相电路中计数器的初始置数值，之后移相功能与开环模式相同。(3)与外部控制器协同工作模式，此时ADC不起作用，移相角度和脉宽模式选择均由外部控制器通过串行接口写入控制寄存器，芯片根据控制寄存器的输出控制移相脉冲输出和脉冲形式选择，之后移相功能与开环模式相同。IGBT控制模式包括以下三种模式(1)开环工作模式，外部控制电压通过ADC变成IObit数字量，此信号作为输出电源的目标频率，PWM发生器按照一定的频率变化速度对电源波形ROM中的电源波形进行采样直到达到目标频率，同时电源频率/幅值控制电路根据频率变化按照线性或风扇定律对电源波形幅值进行调整，这样输出的电源波形再与载波发生器产生的三角板进行比较，产生PWM输出在经过小脉冲消除和脉冲延迟(死区消除)经驱动电路后送至IGBT ； (2)闭环工作模式，此时ADC用作反馈信号的输入，目标值由用户通过串行接口设置。PID闭环控制电路根据反馈和设定目标值自动调整目标频率值，之后PWM产生功能与开环模式相同；(3)与外部控制器协同工作模式，此时ADC不起作用，电源目标频率、电源波形选择以及电源频率/幅值控制方式选择等参数均由外部控制器通过串口写入芯片控制寄存器，芯片根据参数进行与开环模式相同的工作。本发明SCR、IGBT通用控制芯片架构和现有同类芯片架构比较有以下创新之处一、本发明芯片集成了 SCR和IGBT两种功率器件的控制电路，可以同时用作SCR和IGBT的控制。国内外类似芯片只具有一种控制功能，如国内的SCR控制芯片TC790，只能控制SCR ；英国的SA4828型芯片则只能控制IGBT。二、芯片SCR和IGBT控制模式都具有开环和闭环控制功能，是一款智能型的S0C。国内外类似产品只有开环控制功能。三、芯片SCR控制部分采用数字移相方式，AD转换器将外部移相控制电压转换为数字量，移相电路根据次数字量进行移相，因此移相精度高，工作可靠。国内类似产品TC790芯片则采用锯齿波和外界控制电压相比较模拟移相的方式，移相精度低，工作不可靠。四、芯片SCR控制部分具有噪声消除电路、电网频率漂移消除电路，能够适应电网频率的变化。国内类似产品TC790芯片则无此功能。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。
权利要求
1.一种SCR、IGBT通用控制芯片架构，其特征在于，SCR、IGBT通用控制芯片架构包括比较器、噪声消除电路、电网频率漂移消除电路、缺相电路、移相电路、触发脉冲发生电路、驱动电路、模拟数字转换器、PID算法模块、过流过压保护电路、串行通讯接口、控制寄存器、电源波形幅值控制电路、电源频率控制电路、PWM发生器、死区消除电路、载波发生器、电源波形只读存储器，比较器与噪声消除电路连接，噪声消除电路还与电网频率漂移消除电路连接，电网频率漂移消除电路与缺相电路连接，缺相电路与触发脉冲发生电路连接，触发脉冲发生电路与驱动电路连接，模拟数字转换器与PID算法模块连接，PID算法模块与过流过压保护电路连接，过流过压保护电路与驱动电路连接，串行通讯接口与控制寄存器连接，控制寄存器与触发脉冲发生电路、电源频率控制电路连接，电源频率控制电路与电源波形幅值控制电路、PWM发生器连接，PWM发生器与死区消除电路、载波发生器、电源波形只读存储器连接，死区消除电路与触发脉冲发生电路连接。
2.根据权利要求I所述的SCR、IGBT通用控制芯片架构，其特征在于，所述SCR、IGBT通用控制芯片架构还包括时钟管理电路。
3.根据权利要求I所述的SCR、IGBT通用控制芯片架构，其特征在于，所述SCR、IGBT 通用控制芯片架构包括SCR控制模式或IGBT控制模式。
4.根据权利要求3所述的SCR、IGBT通用控制芯片架构，其特征在于，所述SCR控制模式和IGBT控制模式都包括开环工作模式、闭环工作模式、与外部控制器协同工作模式。
全文摘要
本发明涉及一种SCR、IGBT通用控制芯片架构，其包括比较器等，比较器与噪声消除电路连接，噪声消除电路还与电网频率漂移消除电路连接，电网频率漂移消除电路与缺相电路连接，缺相电路与触发脉冲发生电路连接，触发脉冲发生电路与驱动电路连接，模拟数字转换器与PID算法模块连接，PID算法模块与过流过压保护电路连接，过流过压保护电路与驱动电路连接，控制寄存器与触发脉冲发生电路、电源频率控制电路连接，电源频率控制电路与电源波形幅值控制电路、PWM发生器连接，死区消除电路与触发脉冲发生电路连接。本发明能对电能进行各种变换、控制和调节，使用户根据应用场合方便选用不同的功率器件而不用过多考虑控制电路的变化。
文档编号H02M1/06GK102739021SQ20121019245
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月9日 优先权日2012年6月9日
发明者冯晖, 毛建国, 王道 申请人:奉化诚兴道电子科技有限公司