功率栈控制系统的制作方法
【专利说明】功率栈控制系统
[0001]对相关申请的交叉引用
本申请要求2013年11月I日提交的美国专利申请N0.14/069，526“功率栈控制系统”的优先权的权益，其要求2012年12月11日提交的美国临时申请N0.61/735，714 “被用于控制从DC或AC输入电压产生AC功率的IGBT接口板”的优先权的权益。每个申请的整体通过引用的方式为了所有目的被并入此处。
技术领域
[0002]所公开的发明处于功率控制电子设备的领域。更特别地，所公开的发明涉及功率栈控制系统，其被用于控制从DC或AC输入电压产生AC功率。
【背景技术】
[0003]功率栈控制系统被用于控制从DC或AC输入电压产生AC功率。现代的功率栈控制系统并入了一个或多个晶体管，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。IGBT主要是三端子功率半导体器件，其形成了用于在电子器件中结合高效率和快速切换的电子开关。在现有技术中已知的功率栈控制系统在图1中被描绘，并且包括IGBT接口板(108)、IGBT驱动板(112)、主控制单元板(104)、主机CPU板(未被显示)和IGBT (116)。所述IGBT接口板(108)、IGBT驱动板(112)和IGBT (116)也被称为功率栈(108，112，116)。
[0004]已知的功率栈(108，112，116)当前由主控制单元(104)驱动，所述主控制单元(104)通常是独立的嵌入式控制板。典型的主控制单元(104)当前经由带状电缆使用并行接口(106)，其使得能够直接控制所述IGBT接口板(108)，其直接接口到所述IGBT驱动板(112)。所述IGBT接口板(108)和驱动板(112)两者是所述功率栈的独立部件。
[0005]所述现有的并行接口( 106)方案在所述带状电缆上实施时存在一些问题:
1.在所述电缆上供给的功率和接地无法充分地支持所述IGBT接口板和驱动板(108，112)的功率和接地要求。
[0006]2.在并行接口(106)上实施的数字逻辑水平不是工业标准，其使得到所述接口板(108)上的数字逻辑部件的应用接口复杂化。
[0007]3.归因于所述并行接口(106)上的针脚的有限的数量，将足够的状态/错误信息提供回所述主控制单元(104)是不可能的。
[0008]4.所述现有的接口不支持控制多个IGBT接口板(108)或多个一般的功率栈(108，112，116)。
[0009]5.所述现有的接口不支持全局时钟的概念，其可以被用于以高精确度控制所述主控制单元和所述功率栈(108，112，116)之间的定时。
[0010]因此，存在对解决这些问题的新的功率栈控制系统的需求。本发明意在这些和其他重要的需求。
【发明内容】
[0011]本发明提供了功率栈控制系统，包括:串行接口连接，所述串行接口连接与多个功率栈串行电通信，所述多个功率栈包括至少一个接口板和至少一个IGBT驱动板，所述至少一个接口板与至少一个IGBT驱动板并行通信。
[0012]总体描述和下面的详细描述仅是示例性的和说明性的，并且不是对本发明的限制，如在随附的权利要求中所限定的。考虑到如此处所提供的本发明的详细描述，本发明的其他方面对本领域技术人员而言将是显而易见的。
【附图说明】
[0013]当结合附图阅读时，概要以及下面的详细描述被进一步理解。为了例示本发明的目的，在附图中显示了本发明的示例性实施例；然而，本发明不限于所公开的特定的方法、组成和装置。此外，附图不一定按照比例绘制。在附图中:
图1描绘了现有技术的概要。
[0014]图2 (A, B, C)显示了本发明的概要。本发明适用于任何组合中的功率栈控制系统(204，210，214，218)中的所有部件，并且不依赖于特定的实施(例如，组合的接口 /驱动板对单独的接口板和驱动板)。
[0015]图3描绘了串行接口星型构造，在其中所述主控制单元(302)驱动多端口开关单元(308 )，所述多端口开关单元(308 )而又驱动各个接口板(314 )或更一般地驱动所述功率桟控制系统。
[0016]图4描绘了串行接口雏菊链构造，在其中所述主控制单元(402)驱动该链中的第一接口板(408)(或更一般地驱动所述功率栈控制系统)，其随后将所述主控制单元(402)的控制信息连同其状态/错误信息一起传递到该链中的下一个接口板(408)或更一般地传递到该链中的下一个功率栈控制系统。
[0017]图5 (A, B)提供了当使用全局同步时钟时的主和从事件缓冲操作的概要。
[0018]图6提供了控制包的实例。注意:此包数据代表所述包的用户(应用)数据部分。这将是以太网(或USB)包的数据负载部分，其也将包括标准的以太网(USB)包头部信息。
[0019]图7提供了状态包的实例。注意:此包数据代表所述包的用户(应用)数据部分。这将是以太网(或USB)包的数据负载部分，其也将包括标准的以太网(USB)包头部信息。
[0020]图8提供了在IEEE 1588精确时间协议中使用的时钟同步过程的概要。
[0021]图9提供了错误包的实例。注意:此包数据代表所述包的用户(应用)数据部分。这将是以太网(或USB)包的数据负载部分，其也将包括标准的以太网(USB)包头部信息。
[0022]图10提供了中断包的实例。注意:此包数据代表所述包的用户(应用)数据部分。这将是以太网(或USB)包的数据负载部分，其也将包括标准的以太网(USB)包头部信息。
[0023]图11提供了基于全局同步时钟时间戳时间从从事件缓冲器输出的IGBT触发器的实例。
[0024]图12提供了使用26针带状电缆(1216)的一个串行接口电缆引出线选择的实例。
[0025]图13提供了使用20针带状电缆(1314)和4针电源电缆(1320)的第二串行接口电缆引出线选择的实例。
[0026]图14提供了使用14针带状电缆(1410)、8针CAT5、CAT6等类型电缆(1420)和4针电源电缆(1426)的第三串行接口电缆引出线选择的实例。
[0027]图15提供了使用8针CAT5、CAT6等类型电缆(1510)和4针电源电缆(1516)的第四串行接口电缆引出线选择的实例。
【具体实施方式】
[0028]通过参考下面结合附图和实例进行的详细描述，本发明可以被更容易地理解，其形成本公开的一部分。将被理解的是:本发明不限于此处所描述和/或显示的特定的装置、方法、应用、条件或参数，并且此处所使用的术语仅仅是为了通过实例的方式描述特定的实施例的目的。而不是意在限制所要求权利的发明。并且，如在包括随附的权利要求的说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数，并且参考特定的数值包括至少该特定值，除非上下文清楚地指示别的方式。如此处所使用的，术语“多个”意思是多于一个。当表达了值的范围时，另一个实施例包括从一个特定值和/或到另一个特定值。相似地，当利用先行词“大约”将值表达为近似时，如下将被理解:所述特定的值形成另一个实施例。所有的范围是包括的并且是可组合的。
[0029]将被理解的是:为了清晰，在独立的实施例的上下文中此处所描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中以组合的方式被提供。相反地，为了简洁，在单个实施例的上下文中所描述的本发明的各种特征也可以单独地被提供或者以任何子组合的方式被提供。此外，参考范围内规定的值包括该范围内的每一或每个值。
[0030]如此处所描述的适当的功率栈控制系统包括被用于控制功率的产生的系统的部件，包括主控制单元、接口板、IGBT驱动板、IGBT和任何所期望的电连接。
[0031]如此处所使用的，“功率栈”指的是工业认证的术语，其可以指接口板、IGBT驱动板、IGBT、金属外壳、电容器组以及冷却选项。功率栈可以具有组合的接口和驱动板。
[0032]如此处所使用的，“IGBT”指的是晶体管开关，其能够将输入电压切换至所述功率栈中的输出，可以通过合适的主控制单元控制IGBTs的切换。
[0033]如此处所使用的，“IGBT驱动板”指的是能够被用于直接驱动IGBT的板。IGBT驱动板可以包括用以驱动和保护所述IGBT的转换电路。IGBT驱动板可以与接口板相结合。
[0034]如此处所使用的，“接口板”指的是被用于在主控制单元和IGBT驱动板电路之间提供接口的板。所述接口板典型地包括在主控制单元和IGBT驱动板之间的转换电路、保护电路和期望用于在所述主控制单元和(一个或多个)IGBT驱动板之间转换信息的任何其他电路。接口板可以与IGBT驱动板相结合。
[0035]如此处所使用的，“并行接口 ”指的是电子接口，其包括在专用于一个特定功能(例如供电、接地、控制信号、错误信号、状态信号)的电缆束中的单独的电线。并行接口典型地依据所述系统接口复杂性而要求许多单个的电线。
[0036]如此处所使用的，“串行接口 ”指的是电子接口，其使用各自用于发送和接收的单个电线(例如单端的串行接口)或各自用于发送和接收的两个电线(例如，差分串行接口)而被实施为发送/接收功能。合适的差分接口典型地使用加(+ )和减(_)线对，与所述单端的串行接口相比较具有更强的抗噪性并且能够跨越更长的距离。串行接口典型地减少了将两个系统部件接口所要求的电线的数量并且典型地使用包结构来顺次地发送和接收数据(例如，一次一个比特)。
[0037]此处所描述的合适的功率栈控制系统包括串行接口连接，所述串行接口连接与多个功率栈串行地电通信，所述多个功率栈包括至少一个接口板和至少一个IGBT驱动板，所述至少一个接口板与至少一个IGBT驱动板并行地通信。可以通过任何合适的功率源(诸如将电功率提供至至少一个功率栈的电源电缆)将功率供给至所述功率栈控制系统。
[0038]合适的串行接口连接可以包括支持下列串行接口标准中的一个或多个的串行接P:RS232、RS422、RS485、以太网、PCIe、火线和 USB0
[0039]在所述功率