CPLD在IGBT驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

作者：華中理工大學(xué)（430074） 侯志雄 熊有倫 來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用》 摘要：介紹了一個(gè)實(shí)用ｉｇｂｔ驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的ｃｐｌｄ設(shè)計(jì)?并給出了該設(shè)計(jì)的仿真波形。 關(guān)鍵詞：ｐｗｍ ｃｐｌｄ ｉｇｂｔ ｖｈｄｌ 自頂向下 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。如何打破國(guó)外產(chǎn)品的壟斷，已成為一個(gè)嚴(yán)肅的課題擺在我國(guó)工程技術(shù)人員的面前。 在某型號(hào)大功率變頻調(diào)速裝置中，由于裝置的尺寸較大，考慮到結(jié)構(gòu)和散熱的條件，主控板上ｄｓｐ產(chǎn)生的ｐｗｍ信號(hào)需經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的距離才能送到ｉｇｂｔ逆變單元中。為保證ｐｗｍ信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題：首先是抗干擾問(wèn)題?變頻器工作時(shí)，ｉｇｂｔ的開(kāi)關(guān)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生高頻干擾信號(hào)??其次是如何保證ｐｗｍ信號(hào)的前、后沿質(zhì)量，減少ｉｇｂｔ開(kāi)關(guān)動(dòng)作的過(guò)渡過(guò)程?最后是如何減少布線電感，盡可能縮短ｐｗｍ信號(hào)傳輸距離，避免過(guò)多的內(nèi)部連線。 1 總體設(shè)計(jì) 原則上說(shuō)，從觸發(fā)電路到ｉｇｂｔ柵極和發(fā)射極的引線應(yīng)做到既短又一致。但隨著變頻調(diào)速裝置功率的不斷增大，裝置的尺寸也在增大，散熱條件要求更高。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的種種原因，真正做到這點(diǎn)有很多實(shí)際困難。 ｄｓｐ產(chǎn)生的ｐｗｍ信號(hào)既可以采用串行方式又能以并行方式進(jìn)行傳輸，但這兩種方式都有著各自的特點(diǎn)。采用并行方式傳輸信號(hào)（即每一個(gè)ｉｇｂｔ模塊的柵控端都接一根信號(hào)線）會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)部接線過(guò)多、接地困難，抗干擾性大大降低，這種情況尤以采用了多重化、多電平技術(shù)的變頻裝置為甚。若利用串行方式，ｐｗｍ信號(hào)的傳輸速率又受到介質(zhì)的極大限制。在目前諸多傳輸介質(zhì)中，只有光纖具有損耗低、頻帶寬、重量輕、不受電磁干擾等突出優(yōu)點(diǎn)。ｇｉ型光纖用ｌｅｄ做光源時(shí)，傳輸速率可達(dá)１４０ｍｂｉｔ／ｓ，傳輸損耗可忽略不計(jì)。ｉｇｂｔ的工作頻率通常很少用在１５ｋｈｚ以上，因此以異步串行方式高速傳輸ｐｗｍ信號(hào)時(shí)，采用光纖作為傳輸介質(zhì)是唯一的選擇。 在串行的ｐｗｍ信號(hào)送到ｉｇｂｔ的柵控端之前，還需將該信號(hào)轉(zhuǎn)化為并行形式。盡管采用普通的串／并轉(zhuǎn)換芯片可以實(shí)現(xiàn)上述功能，但這些芯片的最高工作頻率有限，如７４１６６的最高工作頻率為３５ｍｈｚ，對(duì)于目前廣泛采用多重化和多電平技術(shù)的變頻裝置來(lái)講，這種工作頻率顯然有著較大的局限性。尤其是在實(shí)時(shí)性、快速性要求甚高的電機(jī)控制領(lǐng)域，不可能采用應(yīng)答方式完成信號(hào)的傳輸，因此接收端需要有較強(qiáng)的糾錯(cuò)和容錯(cuò)能力。若采用普通的芯片，難以只用一兩片芯片完成上述功能。但ｃｐｌｄ具有極強(qiáng)的靈活性，內(nèi)含１２８?jìng)€(gè)宏單元，最高工作頻率可達(dá)１６７ｍｈｚ（以ｃｙｐｒｅｓｓ ｃｙ３７１２８為例），可以只用一兩片芯片就能完成較復(fù)雜的邏輯功能，因此ｃｐｌｄ與光纖的結(jié)合是解決大功率變頻器中信號(hào)傳輸?shù)淖詈眠x擇。系統(tǒng)信號(hào)流程圖如圖１所示。 2 通訊方案 異步串行格式的一個(gè)數(shù)據(jù)幀包括１位起始位和８位數(shù)據(jù)位，最后是停止位。起始位規(guī)定為０，８位數(shù)據(jù)位由高到低順次發(fā)送，前７位組成１個(gè)編碼字符，第八位為奇偶校驗(yàn)位。停止位可以選擇１位、１位、２位。從系統(tǒng)實(shí)際要求出發(fā)，我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的異步串行格式進(jìn)行了修改，將三相ｐｗｍ信號(hào)進(jìn)行編碼，用以下數(shù)據(jù)格式發(fā)送到信號(hào)轉(zhuǎn)換單元：０－ａ３ｃ３ａ２ｃ２ａ１ｃ１－ｖ－１１１１。其中０為起始位，ａ１、ａ２、ａ３分別對(duì)應(yīng)三相逆變橋每個(gè)橋臂的柵控信號(hào)，ｃ１、ｃ２、ｃ３分別對(duì)應(yīng)三相逆變橋每個(gè)橋臂的封鎖信號(hào)，ｖ是一位校驗(yàn)位，最后四個(gè)１為結(jié)束標(biāo)志位。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元的ｃｐｌｄ接收到該信號(hào)后，將此串行ｐｗｍ信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行形式。另一方面，為保證逆變單元能夠正常工作，還需將逆變單元故障信號(hào)送到上位機(jī)以供故障診斷。故障信號(hào)以以下串行編碼格式送出：０－ａ１ａ２ａ３ａ４ａ５ａ６－ｖ－１１１１，０為起始位，ａ１、ａ２、ａ３分別對(duì)應(yīng)每個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)故障信號(hào)，ａ４為過(guò)熱信號(hào)，ａ５、ａ