专利名称：一种igbt脉冲校验方法
技术领域：
本发明涉及一种IGBT脉冲校验方法，涉及功率器件IGBT的驱动触发过程中的保护信号、错误信号和脉冲信号的处理和传输，属于电力电子IGBT应用技术领域。
背景技术：
随着电力电子技术的高速发展，IGBT (绝缘栅双极型晶体管)是20世纪80年代中期问世的一种新型电力电子器件，它兼有MOSFET的快速响应、高输入阻抗和GTR的低通态压降、高电流密度等多种优良的特性得到了迅速发展，至今几乎可以替代一切其它类型的功率器件。现有成熟的高电压等级IGBT已能达到4000V，高频IGBT已经达到150K硬开关等高性能。IGBT应用范围一般都在600V，1KA，IkHz以上的区域。主要应用于变频器主回路及一切逆变电器及一切DC-AC变换中。例如电机控制，电动汽车，伺服电机，UPS，开关电源， 斩波电源，无轨电车以及要求低速低损耗的应用领域和近些年来高速发展的新能源领域如光伏逆变器，风电变流器等。IGBT需要进行触发脉冲校验，以防止脉冲在传输过程中丢失造成IGBT功率管的损坏，防止驱动板的短暂故障信号消失后自启动设备再次启动。
发明内容
本发明的目的是提供一种IGBT脉冲校验方法，防止脉冲在传输过程中丢失造成 IGBT功率管的损坏，防止驱动板的短暂故障信号消失后自启动设备再次启动，解决背景技术存在的上述问题。本发明的技术方案是一种IGBT脉冲校验方法，防止PWM驱动脉冲丢失，当接收到 PWM脉冲的上升沿或者下降沿跳变时，间隔一段时间IGBT会返回一个700ns的脉冲信号，通过检测这个信号的有无以及持续时间的长短，来判断脉冲是否丢失，运用CPLD做为检测控制器，同时将故障状态存入CPLD的相应寄存器。PWM是脉冲宽度调制，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制， 是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。CPLD(CompleX Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件， 相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。PWM驱动板供电电压欠压保护信号只是短时间的，所以运用CPLD内的寄存器记录欠压信号；IGBT的短路状态下驱动板的保护也是短时间的，如果持续时间较长保护状态会消失；因此也需要将故障状态记录到CPLD的相应寄存器内，这对于光伏逆变器这样的自动启动系统是非常必要的。最后对各种故障状态的寄存器进行总的操作，只要有一种故障发生，则由CPLD的 I/O 口发出指令，传给CPU主控制器，主控制器进行封脉冲保护操作。本发明的积极效果本发明弥补了 IGBT驱动板硬件保护的不足之处，使得在大功率设备中功率单元能够得到更好的保护，由于硬件IGBT的驱动板上的驱动欠压，短路、过热保护都是短暂性的，因此加强了驱动欠压，管子的过热短路保护，使发生故障时，能够长时间的保护功率单元，弥补了硬件驱动板一些保护功能的不足之处。
图1是正常工作状态下驱动信号和反馈信号示意图； 图2是故障状态下驱动信号和反馈信号示意图3是6路脉冲程序示意图； 图4是单路脉冲校验检测流程图。
具体实施例方式下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。一种IGBT脉冲校验方法，防止PWM驱动脉冲丢失，当接收到PWM脉冲的上升沿或者下降沿跳变时，间隔一段时间IGBT会返回一个700ns的脉冲信号，通过检测这个信号的有无以及持续时间的长短，来判断脉冲是否丢失，运用CPLD做为检测控制器，同时将故障状态存入CPLD的相应寄存器。更具体的脉冲校验方法如下所述
硬件连接如下，每路脉冲信号被同时引出2路，一路送到CPLD的I/O 口，另一路直接送到IGBT的驱动板，同时把IGBT驱动板的短路故障FO信号和驱动电压低SO信号，送到CPLD 的相应I/O 口 ；正常工作条件下，IGBT的驱动信号和反馈信号波形如图1所示，IGBT驱动板在正常电压下工作，没有任何故障发生时，门极接收到一个规则的高电平触发脉冲后，在脉冲的上升沿延时120ns后门极反应，脉冲上升沿发生220ns后，状态反馈端会接收到一个 700ns的高电平脉冲，在脉冲的下降沿延时IOOns后门极开始反应关断，并且在脉冲的下降沿发生220ns后同样会在状态反馈端接收到一个700ns的高电平脉冲信号；当发生短路故障时，FO信号保持11微秒的高电平信号；电压低时，SO也保持一定时间的高电平信号，之后故障信号消失；
故障条件下，IGBT的驱动信号和反馈信号波形如图2所示，当发生短路、过压、过流等损坏功率管的故障时，状态反馈端直接被拉升为高电平并保持相当长的时间llus.同时在状态反馈端上升沿后3. 6us后封锁IGBT的门极，达到保护的目的；在驱动板电压过低时，SO 反馈端也会接收到一个高电平信号并且持续时间和过流故障时反馈的时间相同，保护功能主要通过配套的硬件驱动板实现的，能很好的保护功率器件，但对于脉冲传输过程中丢失现象驱动板无法实现检测校验；对于三相电路，由于高频干扰等现象，如果有一相或者2相脉冲有丢失的现象，很容易造成功率管的损坏；本脉冲校验方法主要是针对这种情况进行处理的，同时增加了过流过压等双重故障保护；
首先，定义PWM1-6，FO1-3，SO1_3，复位，时钟和故障输出等信号的CPLD相应的输入输出引脚；进行复位信号同步，使计数器模块、脉冲上升沿丢失、脉冲下降沿丢失、 FO故障检测等模块能同时复位；进行控制信号同步化，之后进行反馈信号同步化；判断脉冲信号正跳变和负跳变，判断反馈信号正跳变和负跳变，并对相应的标志量进行置位；
然后，进行计数器的启停控制，通过相应的标志量，使能计数器1 (脉冲上升沿使能)，计数器2开始计数(脉冲下降沿使能);判断计数器1是否达到计数的时间，如果达到计数的时间，仍然没有接收到反馈信号；则报出故障ERROR=I ；如果在要求的时间内接收到了反馈信号，则计数器1清零；判断计数器2是否达到计数的时间，如果达到计数的时间，仍然没有接收到反馈信号；则报出故障ERRORl=I ；如果在要求的时间内接收到了反馈信号，则计数器2
清零；
随后，在接收到反馈信号的上升沿的时候，计数器3使能，开始计数；当计数时间到达时，如果反馈信号仍然为高点平，则认定是FO信号，报出故障ERR0R2=1 ；如果反馈信号为低电平则计数器清零，ERR0R2=0 ；
最后，把SO故障信号存储到相应的寄存器，对6路脉冲，6路F0，3路SO的故障发出信号进行综合处理；送到CPLD的输出端口，上传到主控单元。校验方法中运用的主要器件是MAX3000A系列的EPM3256ATC144-10。PWM脉冲在给光纤接口的同时也给CPLD，先就1路PWM信号进行说明，首先进行异步复位同步化、控制信号同步化、反馈信号同步化，为下面检测脉冲跳变和反馈信号的跳变做准备。同时定义了 3个计数器，当检测到PWM脉冲的正跳变和负跳变时，计数器的使能位置1，表示计数器1计数器2开始计数。如果计数值达到20时，即1333ns。在1333ns内接收到反馈信号700ns 的上升跳变沿则计数器清零。如果在规定的1333ns没有接收到700ns的反馈信号，说明脉冲丢失没有得到IGBT的反应，则发出相应的故障电平向上级控制器报错，使控制器封脉冲设备停止工作。当检测到反馈信号的正跳变时，计数器3的使能位置1，计数器开始计数，当计数器值达到11时，即73^s。如果反馈信号仍为高电平状态则说明是IGBT发生故障，向上级控制器报错控制器封锁脉冲，设备停止工作，以免损坏设备。对上述的1路脉冲检测功能进行例化6次，对六路脉冲检测故障寄存器进行“或” 操作，同时“或”上每个驱动板电压过低的故障信号和过压过流故障，达到可靠保护设备的目的。六路脉冲程序的流程示意图如图3，单路脉冲校验和故障检测流程图如图4。
权利要求
1.一种IGBT脉冲校验方法，其特征在于当接收到PWM脉冲的上升沿或者下降沿跳变时，间隔一段时间IGBT会返回一个700ns的脉冲信号，通过检测这个信号的有无以及持续时间的长短，来判断脉冲是否丢失，运用CPLD做为检测控制器，同时将故障状态存入CPLD 的相应寄存器。
2.根据权利要求1所述之一种IGBT脉冲校验方法，其特征在于最后对各种故障状态的寄存器进行总的操作，只要有一种故障发生，则由CPLD的I/O 口发出指令，传给CPU主控制器，主控制器进行封脉冲保护操作。
3.根据权利要求2所述之一种IGBT脉冲校验方法，其特征在于更具体的脉冲校验方法如下所述每路脉冲信号被同时引出2路，一路送到CPLD的I/O 口，另一路直接送到IGBT的驱动板，同时把IGBT驱动板的短路故障FO信号和驱动电压低SO信号，送到CPLD的相应I/O 口 ； 正常工作条件下，IGBT驱动板在正常电压下工作，没有任何故障发生时，门极接收到一个规则的高电平触发脉冲后，在脉冲的上升沿延时120ns后门极反应，脉冲上升沿发生220ns 后，状态反馈端会接收到一个700ns的高电平脉冲，在脉冲的下降沿延时IOOns后门极开始反应关断，并且在脉冲的下降沿发生220ns后同样会在状态反馈端接收到一个700ns的高电平脉冲信号；当发生短路故障时，FO信号保持11微秒的高电平信号；电压低时，SO也保持一定时间的高电平信号，之后故障信号消失；故障条件下，当发生短路、过压、过流等损坏功率管的故障时，状态反馈端直接被拉升为高电平并保持相当长的时间llus，同时在状态反馈端上升沿后3. 6us后封锁IGBT的门极，达到保护的目的；在驱动板电压过低时，SO反馈端也会接收到一个高电平信号并且持续时间和过流故障时反馈的时间相同，保护功能主要通过配套的硬件驱动板实现的，能很好的保护功率器件，但对于脉冲传输过程中丢失现象驱动板无法实现检测校验；对于三相电路，由于高频干扰等现象，如果有一相或者2相脉冲有丢失的现象，很容易造成功率管的损坏； 本脉冲校验方法主要是针对这种情况进行处理的，同时增加了过流过压等双重故障保护；首先，定义PWM1-6，FO1-3，SO1_3，复位，时钟和故障输出等信号的CPLD相应的输入输出引脚；进行复位信号同步，使计数器模块、脉冲上升沿丢失、脉冲下降沿丢失、 FO故障检测等模块能同时复位；进行控制信号同步化，之后进行反馈信号同步化；判断脉冲信号正跳变和负跳变，判断反馈信号正跳变和负跳变，并对相应的标志量进行置位；然后，进行计数器的启停控制，通过相应的标志量，使能计数器1，脉冲上升沿使能，计数器2开始计数，脉冲下降沿使能；判断计数器1是否达到计数的时间，如果达到计数的时间，仍然没有接收到反馈信号；则报出故障ERROR=I ；如果在要求的时间内接收到了反馈信号，则计数器1清零；判断计数器2是否达到计数的时间，如果达到计数的时间，仍然没有接收到反馈信号；则报出故障ERRORl=I ；如果在要求的时间内接收到了反馈信号，则计数器2 清零；随后，在接收到反馈信号的上升沿的时候，计数器3使能，开始计数；当计数时间到达时，如果反馈信号仍然为高点平，则认定是FO信号，报出故障ERR0R2=1 ；如果反馈信号为低电平则计数器清零，ERR0R2=0 ；最后，把SO故障信号存储到相应的寄存器，对6路脉冲，6路F0，3路SO的故障发出信号进行综合处理；送到CPLD的输出端口，上传到主控单元。
全文摘要
本发明涉及一种IGBT脉冲校验方法，属于电力电子IGBT应用技术领域。技术方案是当接收到PWM脉冲的上升沿或者下降沿跳变时，间隔一段时间IGBT会返回一个700ns的脉冲信号，通过检测这个信号的有无以及持续时间的长短，来判断脉冲是否丢失，运用CPLD做为检测控制器，同时将故障状态存入CPLD的相应寄存器。本发明弥补了IGBT驱动板硬件保护的不足之处，使得在大功率设备中功率单元能够得到更好的保护，由于硬件IGBT的驱动板上的驱动欠压，短路、过热保护都是短暂性的，因此加强了驱动欠压，管子的过热短路保护，使发生故障时，能够长时间的保护功率单元，弥补了硬件驱动板一些保护功能的不足之处。
文档编号G01R31/26GK102445647SQ20111030428
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者任晓鹏, 包凤永, 张喜军, 王文瑞, 王飞, 高姊敬 申请人:保定天威集团有限公司