一种防止误脉冲输出的PWM信号处理电路的制作方法

本实用新型发明涉及一种PWM信号处理电路。

背景技术：

变流器中通常采用PWM信号实现对功率单元IGBT的控制。功率单元上下桥臂的IGBT同时接收到无效信号，则均不能开通；同时接收到有效信号，会造成直流侧短路，功率单元桥臂直通，损坏IGBT；上电，断电，或者在待机的条件下热插拔电源端子，如果有误脉冲的输出，导致功率单元IGBT误开通，会造成变流器关键元件的损坏，造成严重的损失。

传统的PWM的信号处理电路，采用数字信号处理器DSP软件编程，进行脉冲的发出与互锁，但在变流器的应用中，DSP经常需要检测电压，电流等实时变量，由于DSP工作运算量大，容易损坏。DSP一旦损坏，很难保证输出的PWM信号是严格上下桥臂互补。另外，在功率单元IGBT发生故障时，故障信号从传入DSP到DSP进行封脉冲，存在一定时间的延时，延时过长或对故障信号的处理不及时，很容易造成功率单元IGBT不能及时关断，甚至损坏。并且，变流器的功率单元通常由多个IGBT组成，其中典型的三相两电平是6个IGBT，三相三电平是12个IGBT，需要在任意一个IGBT驱动故障的条件下，立刻封锁所有IGBT的驱动信号，保护功率单元IGBT，防止因一个IGBT的驱动故障引起多个IGBT管未能及时关断造成的损坏。另外，部分PWM脉冲信号处理电路，在变流器待机条件下，热插拔PWM脉冲信号处理电路的供电端子，会出现不同电压等级的尖峰脉冲信号，都会导致功率单元中IGBT的误开通。针对上述现有技术存在的以下缺点：仅依靠DSP进行脉冲互锁、故障处理存在延时或延时时间过长、热插拔PWM脉冲信号处理电路的供电端子，会出现不同电压等级的尖峰脉冲信号，设计一种新型的防止误脉冲输出的PWM信号处理电路，克服现有技术中存在的问题，提升变流器的可靠性与稳定性，是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述现有技术存在的问题，提出一种新的防止误脉冲输出的PWM信号处理电路。本实用新型可以解决DSP不能及时依据故障信号封锁脉冲，发出错误的驱动信号，部分PWM信号处理电路不支持电源端子热插拔的问题，并实现硬件依据故障信号及时封脉冲保护功率单元IGBT，提升变流器可靠性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种防止误脉冲输出的PWM信号处理电路，由PWM信号输入电路、故障信号输入电路、故障信号处理电路、逻辑推理电路和PWM输出电路组成。PWM信号输入电路的输出端与逻辑推理电路的输入端连接，故障信号输入电路的输出端与故障信号处理电路的输入端连接，故障信号处理电路的输出端与逻辑推理电路的输入端连接，逻辑推理电路的输出端和PWM输出电路的输入端连接。PWM信号接入PWM信号输入电路；故障信号接入故障信号输入电路，经故障信号输入电路滤波后送至故障信号处理电路，故障信号处理电路对输入的故障信号进行处理。PWM输入电路输出的PWM信号与经过故障处理电路输出的信号一同送至逻辑推理电路，由逻辑推理电路进行有效故障信号的采集，有效PWM输入信号的综合判定，并输出正确的PWM信号至PWM输出电路，最后由PWM输出电路进行可靠PWM信号的放大与输出。

所述的PWM信号输入电路由电阻组成，通过贴片电阻上拉与传输电阻的连接，实现有效电平信号的准确识别。

所述的故障信号输入电路由无极性电容，贴片电阻组成。经贴片电阻与无极性电容组成的低通滤波器将故障信号进行滤波处理，滤除不必要的干扰尖峰信号，实现故障信号的可靠有效捕捉，通过下拉的贴片电阻，达到防止接线端子虚接或不接的目的。

所述的故障信号处理电路由电平转换芯片、电阻和无极性电容等组成，采用电平转换芯片将故障电平压缩到逻辑处理电路能够识别的电平范围。

所述的逻辑推理电路由CPLD组成，经过相关VHDL语言编译程序输出文件的烧录，实现高速处理PWM脉冲，采集故障信号进行判断输出信号情况的功能。逻辑推理电路进行故障信号的采集，PWM输入信号的综合判定，并输出正确的PWM信号。

所述的PWM输出电路由超快MOSFET驱动芯片、无极性电容、下拉电阻和输出连接电阻等组成。将逻辑推理电路输出的正确PWM信号进行干净有效的放大，实现信号的可靠转换，输出连接电阻有防止传输信号的折返的作用，超快MOSFET驱动芯片与下拉电阻的组合具有防止误脉冲输出的功能。

所述的防止误脉冲输出的PWM信号处理电路，经PWM信号输入电路滤除PWM信号中由于电路板上电或断电时刻的混杂高电平干扰信号，与此同时，故障信号输入电路进行故障信号的检测，经过故障信号处理电路，将故障信号电平进行合理转换，输入逻辑推理电路，通过逻辑推理电路对故障信号的检测及其输入PWM信号的判断，达到准确输出PWM波的目的。

本实用新型所涉及的防止误脉冲输出的PWM信号处理电路由逻辑推理电路保证输出的PWM信号严格互锁，依据故障信号及时硬件封脉冲，保护功率单元IGBT管，又可消除热插拔PWM电路的供电端子造成输出误脉冲，抗干扰能力强。所选用元件工作温度均为-40℃～105℃，并采用多层PCB设计，可以抵抗恶劣的工业电磁环境。本实用新型将一个防止误脉冲输出的PWM电路应用于变流器的控制，便于多路PWM脉冲输出与故障信号采集的扩展，这种设计在风力发电机组变流器上有很强的实用性。

附图说明

图1为防止误脉冲输出的PWM信号处理电路的原理框图；

图2为防止误脉冲输出的PWM信号处理电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型防止误脉冲输出的PWM信号处理电路由PWM信号输入电路、故障信号输入电路、故障信号处理电路、逻辑推理电路、PWM输出电路组成。PWM信号输入电路的输出端与逻辑推理电路的输入端连接，故障信号输入电路的输出端与故障信号处理电路的输入端连接，故障信号处理电路的输出端与逻辑推理电路的输入端连接，逻辑推理电路的输出端和PWM输出电路的输入端连接。PWM信号接入PWM信号输入电路。故障信号接入故障信号输入电路，由故障信号输入电路进行滤波后送至故障信号处理电路，由故障信号处理电路对输入的故障信号进行处理，经过PWM输入电路的PWM信号与经过故障处理电路输出的信号一同送至逻辑推理电路，由逻辑推理电路进行有效故障信号的采集，有效PWM输入信号的综合判定，并输出正确的PWM信号至PWM输出电路，最后由PWM输出电路进行可靠PWM信号的放大与输出。

如图2所示，所述的PWM信号输入电路中，端子PWM1IN连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接CPLD芯片K1A的第一引脚，另外，电阻R3的一端连接CPLD芯片K1A的第一引脚，电阻R3的另一端连接至5V电源，端子PWM2IN连接电阻R6的一端，经过电阻R6的另一端连接至CPLD芯片K1A的第二引脚，另外，电阻R4的一端连接CPLD芯片K1A的第一引脚，电阻R3的另一端连接至5V电源。

所述的故障信号输入电路中，端子A1FAULT连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接入电平转换芯片K3的第三引脚，另外，无极性电容C1的一端接K3的第三引脚，无极性电容C1的另一端接地，端子A1FAULT连接电阻R2，电阻R2的另一端接地；端子A2FAULT接入电阻R7的一端，电阻R7的另一端接入电平转换芯片K3的第五引脚，另外，电容C2的一端接电平转换芯片K3的第五引脚，电容C2的另一端接地，电阻R8的一端接端子A2FAULT，电阻R8的另一端接地。

所述的故障信号处理电路中，电平转换芯片K3的第二引脚接入电阻R13的一端，电阻R13的另一端接入CPLD芯片K1A的第九十二引脚，电平转换芯片K3的第四引脚接入电阻R14的一端，电阻R14的另一端接入CPLD芯片K1A的第九十三引脚。无极性电容C33、C32的一端接电源5V，无极性电容C33、C32的另一端接地，为电平转换芯片K3提供稳定供电电压，去除不必要的尖峰毛刺。

所述的逻辑推理电路由CPLD芯片K1A组成，其中CPLD芯片K1A的第一引脚接电阻R5的一端，CPLD芯片K1A的第二引脚接电阻R6的一端，第九十二引脚接电阻R13的一端，第九十三引脚接电阻R14的一端，第九十九引脚接超快MOSFET驱动芯片K2的第二引脚，第一百引脚接K2的第四引脚。

所述的PWM信号输出电路由超快MOSFET驱动芯片K2及其引脚下拉电阻R11，R12，输出端电阻R9、R10及其电源端去耦电容C3、C4组成。超快MOSFET驱动芯片K2的第二引脚接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地，超快MOSFET驱动芯片K2的第四引脚接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接地。超快MOSFET驱动芯片K2的第三引脚接地，超快MOSFET驱动芯片K2的第七引脚接入电阻R9的一端，超快MOSFET驱动芯片K2的第五引脚接入电阻R10的一端，超快MOSFET驱动芯片K2第七引脚经过电阻R9的另一端接端子PWM1OUT，超快MOSFET驱动芯片K2第五引脚经过电阻R10的另一端接端子PWM2OUT，另外，超快MOSFET驱动芯片K2的第六引脚接15V电源，电源端去耦电容C3、C4分别有一端接15V电源，电源端去耦电容C3，C4的另一端接地。

本实用新型防止误脉冲输出的PWM信号处理电路设计全面，处理速度快，既能准确输出有效的PWM信号，又对干扰信号进行了有效滤除，检测到驱动故障又能及时处理封锁脉冲，保护功率单元IGBT，还支持待机状态下的电源端子热插拔，抗干扰能力强。可以很好地适应复杂工业现场的实际应用需要。