一种高可靠性IGBT并联控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种IGBT芯片并联控制装置，包括DSP控制器、控制板和光纤收发模块、驱动板和采样板；采样板在DSP控制器的控制采集网侧的电压和电流、机侧的电流和电压；控制板接收网侧的电压和电流、机侧的电流和电压并发送给DSP控制器；接收DSP控制器发送的PWM信号，并采集排列成驱动帧发送给驱动板；接收驱动板发送的驱动板返回帧，进行解帧，并发送给DSP控制器；驱动板接收驱动帧后进行解帧，并根据解帧后获得的PWM信号驱动IGBT芯片；驱动板采集IGBT芯片的输出电流、温度和状态，排列成驱动板返回帧并发送给控制板。本发明专利技术通过简短的帧格式、设置空闲识别位，获得最短的帧间间隔时间，能够驱动更多的IGBT芯片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高可靠性IGBT并联控制装置，属于大功率控制领域。
技术介绍
目前国内外在大功率驱动设备上普遍采用IGBT并联输出的模式，这样可以节约采购成本，同时使产品更易系列化。IGBT并联输出早期有电信号连接，现在发展到光信号连接。由于光信号能在复杂环境稳定应用，是目前功率器件并联输出的主方向。在运用光信号传输的方案中，都是多路光纤发送一组信号，通过硬件保持各个IGBT得到驱动信号的时延，从而使其能准确输出电流；同时装置上会有电压电流的采样传感器，这样可以实现各个IGBT单元的均流，使其并联效果最稳定。国际顶尖厂商比如ABB的IGBT并联方案是电力行业中公认的最佳方案。不过现技术的缺陷是成本过高。比如ABB提供全套解决方案，控制部分和驱动部分都必须采用ABB光纤协议，这种协议是多行业通用的，不是针对风电变流器设置的，导致IGBT并联个数过少。如何降成本和提高IGBT并联个数是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高可靠性IGBT并联控制装置，降成本和提高IGBT并联个数。本专利技术目的通过如下技术方案予以实现：提供一种IGBT芯片并联控制装置，包括DSP控制器、控制板、驱动板和采样板；采样板在DSP控制器的控制下采集网侧的电压和电流、机侧的电流和电压，并将采集的网侧的电压和电流、机侧的电流和电压排成采样板返回帧，发送给控制板；驱动板采集IGBT芯片的输出电流、温度和状态，排列成驱动板返回帧并发送给控制板；接收控制板发送的驱动帧后进行解帧，并根据解帧后获得的PWM信号驱动IGBT芯片；控制板接收采样板发送的采样板返回帧，进行解帧，并将解帧后获得的网侧的电压和电流、机侧的电流和电压并发送给DSP控制器；接收DSP控制器发送的PWM信号，并采集排列成驱动帧，通过光纤将驱动帧发送给驱动板；接收驱动板发送的驱动板返回帧，进行解帧，并根据解帧后获得的IGBT芯片的输出电流、温度和状态，并发送给DSP控制器；DSP控制器接收控制板发送的网侧的电压和电流、机侧的电流和电压，并生成PWM信号，控制IGBT芯片的输出；接收控制板发送的IGBT芯片的输出电流、温度和状态，根据电流、温度和状态数据判断驱动板工作是否正常，当不正常工作时立即停机保护。优选的，驱动帧的格式为起始位、PWM状态位、采样指令位、复位指令位、校验位、停止位和空闲识别位。优选的，驱动帧的格式为起始位1位、PWM状态位6位、采样指令位1位、复位指令位1位、校验位1位、停止位1位和空闲识别位11位。优选的，驱动板返回帧格式为起始位、采样数据位、ID码位、校验位和停止位，输出电流、温度和状态分别成帧，依次发送，通过ID码位进行区分。优选的，驱动板返回帧为状态数据时，采样数据位包括过流保护状态位、过温保护状态位、IGBT状态位和填充位。优选的，驱动板为多个，控制板接收多个驱动板发送的驱动板返回帧，进行解帧，并根据解帧后获得的IGBT芯片的输出电流、温度和状态，并按照不同驱动板定义不同的RAM地址，分别存储；DSP控制器按照RAM地址进行读取。优选的，控制板采用高速FPGA芯片。优选的，驱动板为多个，根据每个驱动板连接的光纤长度计算延时时间，控制板调整每个驱动板对应的驱动帧发送时间，保证每个驱动板接收驱动帧的时间一致。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术针对驱动数据特点，通过简短的帧格式、设置空闲识别位，获得最短的帧间间隔时间，每块驱动板回复PWM信号的同步延时时间最短，能够驱动更多的IGBT芯片，单路延时5ns，最多实现6组1MW功率模块并联输出。相比于ABB，本专利技术的编码方式更简单高效，驱动能力更强。(2)本专利技术采用高速FPGA以160MHz的频率采集DSP控制器发送的PWM信号,并进行软件滤波，保证原始数据正确性。(3)本专利技术利用FPGA进行多路IGBT同步输出，延时短，根据各路光纤的不同长度，调整发送时间，保证各路接收时间的一致性，同步性好，兼容性好，能够适应各种安装环境。(4)本专利技术添加帧间空闲和错误识别功能，可实现热插拔，无需频繁停机。附图说明图1为本专利技术IGBT芯片并联控制装置原理示意图。图2为本专利技术IGBT芯片并联控制装置控制板与采样板通信原理示意图。具体实施方式本专利技术IGBT芯片并联控制装置包括DSP控制器、控制板、驱动板和采样板，参见图1，2，图示是一个IGBT驱动单元中其中一相的分析，本方法实际完成的产品有5组每组3个相位IGBT输出单元。控制板利用FPGA芯片完成DSP芯片的PWM信号引脚、采样指令和复位指令的高速采集，同时以DSP芯片发送的周期信号为时钟基准产生FPGA芯片的内部定时器输入信号。控制板FPGA芯片把高速采集得到的数据进行软件滤波，然后以内部定时器产生的时序对数据进行打包，形成带起始位、PWM数据位、采样指令位、复位指令位、校验位、停止位和空闲识别位的驱动帧，参见表1为驱动帧的数据结构，该驱动帧实时不间断地以5Mbps速率通过光纤与驱动板通信。由于驱动帧实时传输且有空闲识别位设计，解决了光纤通信由于不可抗拒力损坏时控制板与驱动板的通信异常，同时使驱动板支持热插拔功能。表1位说明长度备注起始位1bit低有效PWMH1bitPWML1bitPWMH1bitPWML1bitPWMH1bitPWML1bit采样指令位1bit高有效复位指令位1bit高有效校验位1bit偶校验停止位1bit高有效空闲识别位11bit控制板FPGA芯片同时以内部计时器为基准，在DSP芯片的周期信号作用下形成带起始位、采样开始位、指令保留位、校验位和停止位的采样帧。控制板以5Mbps速率通过光纤与采样板通信，采样帧每DSP芯片周期只发送一次。控制板FPGA芯片在内部计时器的作用下，通过各自对应光纤接收驱动板和采样板的返回帧，并按照返回帧的数据结构进行解帧，判断帧校验位。如果校验位错误，丢弃该帧；如果校验位正确，则按照各自返回帧对应的数据结构提取出数据，进行处理后暂缓放入对应总线地址，供DSP芯片读取。驱动板的FPGA芯片对光纤接收部分接收到的数据进行解码，按照驱动帧数据结构进行起始位、PWM数据位、采样指令位、复位指令位、校验位和停止位的识别。判断校验位，如果校验位错误，则丢弃该帧，如果正确对数据进行处理。当PWM数据位三组PWMH和PWML完全一致则按PWMH值输出IGBT上管控制指令，按PWML值输出IGBT下管控制指令。当采样指令位为高，则驱动板开始采样，FPGA芯片在定时器的控制下控制模数转换器完成5次电流信号和5次温度信号的采样，去除采样最大值和最小值，对各自余下3次采样值取平均值，并暂缓进对应的数据空间。当复位指令位为高，则IGBT上管控制指令和IGBT下管控制指令均为零，封锁IGBT芯片。驱动板的FPGA芯片同时监测过流保护信号、过温保护信号和状态保护信号，并实时在数据空间中对应位进行更新。当驱动板的FPGA芯片内部定时器设置的光纤发送时间到时，对数据空间内的数据按照驱动板返回帧对应的数据结构进行成帧处理，然后以5Mbps速率通过光纤与控制板通信。输出电流、温度和状态分别成帧，依次发送，通过ID码位进行区分，数据结构参见表2，驱动板返回帧格式为起始位、采样数据位、ID码位、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT芯片并联控制装置，其特征在于：包括DSP控制器、控制板、驱动板和采样板；采样板在DSP控制器的控制下采集网侧的电压和电流、机侧的电流和电压，并将采集的网侧的电压和电流、机侧的电流和电压排成采样板返回帧，发送给控制板；驱动板采集IGBT芯片的输出电流、温度和状态，排列成驱动板返回帧并发送给控制板；接收控制板发送的驱动帧后进行解帧，并根据解帧后获得的PWM信号驱动IGBT芯片；控制板接收采样板发送的采样板返回帧，进行解帧，并将解帧后获得的网侧的电压和电流、机侧的电流和电压并发送给DSP控制器；接收DSP控制器发送的PWM信号，并采集排列成驱动帧，通过光纤将驱动帧发送给驱动板；接收驱动板发送的驱动板返回帧，进行解帧，并根据解帧后获得的IGBT芯片的输出电流、温度和状态，并发送给DSP控制器；DSP控制器接收控制板发送的网侧的电压和电流、机侧的电流和电压，并生成PWM信号，控制IGBT芯片的输出；接收控制板发送的IGBT芯片的输出电流、温度和状态，根据电流、温度和状态数据判断驱动板工作是否正常，当不正常工作时立即停机保护。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT芯片并联控制装置，其特征在于：包括DSP控制器、控制板、驱动板和采样板；采样板在DSP控制器的控制下采集网侧的电压和电流、机侧的电流和电压，并将采集的网侧的电压和电流、机侧的电流和电压排成采样板返回帧，发送给控制板；驱动板采集IGBT芯片的输出电流、温度和状态，排列成驱动板返回帧并发送给控制板；接收控制板发送的驱动帧后进行解帧，并根据解帧后获得的PWM信号驱动IGBT芯片；控制板接收采样板发送的采样板返回帧，进行解帧，并将解帧后获得的网侧的电压和电流、机侧的电流和电压并发送给DSP控制器；接收DSP控制器发送的PWM信号，并采集排列成驱动帧，通过光纤将驱动帧发送给驱动板；接收驱动板发送的驱动板返回帧，进行解帧，并根据解帧后获得的IGBT芯片的输出电流、温度和状态，并发送给DSP控制器；DSP控制器接收控制板发送的网侧的电压和电流、机侧的电流和电压，并生成PWM信号，控制IGBT芯片的输出；接收控制板发送的IGBT芯片的输出电流、温度和状态，根据电流、温度和状态数据判断驱动板工作是否正常，当不正常工作时立即停机保护。2.根据权利要求1所述IGBT并联控制装置，其特征在于，驱动帧的格式为起始位、PWM状态位、采样指令位、复位指令位、校验...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜俊祥，王潞钢，姜涛，马建恒，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11