CN107800277A - Cpld控制实现最小脉宽限制的变频器及控制实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CPLD控制实现最小脉宽限制的变频器及控制实现方法,主要包括主控模块以及CPLD可编程逻辑器件,其特征在于:CPLD内部集成有控制模块、监控模块;CPLD内部集成的控制模块对送入到CPLD的PWM脉冲进行相应的处理;CPLD内部集成的监控模块对IGBT和其驱动电路的过流信号进行监控和控制。系统框图阐述了从PWM脉冲波形送到CPLD后,CPLD所进行的运算处理。CPLD中监控模块主要检测过流保护信号,发生过流保护时CPLD会锁住PWM脉冲的输出。有效结果是:降低成本,同时降低开关损耗和减少电机的绝缘损坏,保证设备的可靠运行;简化了CPLD过流保护过程,CPLD优化了单片机的控制命令,提高了单片机的计算效率。
Description
技术领域
本发明涉及变频器控制应用领域,尤其是涉及一种限制最小脉冲宽度,降低开关损耗和减少电机的绝缘损坏,使用CPLD提高单片机效率,保证设备的可靠运行的CPLD程序控制来实现最小脉冲宽度限制的变频器及控制实现的方法。
背景技术
随着我国对节能的日益重视,在工业环境中,变频器带来的灵活控制、节能增效和低成本维护已经不容质疑,但是在其中一些应用场合中,有些负载电机与变频器之间的距离相对较远,当电机连接到变频器的电缆过长时,会产生电机长电缆将在电机端子上产生瞬间过压的情况,从而对绕组绝缘的寿命产生相当大的影响,严重时将导致电机绝缘失效。
其对变频器的影响是:变频器过流过流所产生的主要风险是出现短路故障。由于IGBT的开通、关断速度极快(可达1微妙以内),带来的峰值电流通过变频器的电流传感器读取到微处理器,到一定幅度后会引发变频器短路或接地故障。容性峰值电流的另外的影响就是IGBT的额外温升,其也与开关频率有关:开关频率越高,峰值电流的频度越高,IGBT的损耗就越大。此温升对变频器的寿命也有显著的影响。
为了解决目前改善这种问题主要有三种方法:软件保护、输出电抗器和正弦波滤波器。在所述方法中,最经济实用的就是通过软件来解决此问题,发明人结合自身多年技术经验,采取了基于CPLD程序控制来实现限制最小脉冲宽度的软件保护的方法。总体上降低了成本,同时降低开关损耗和减少电机的绝缘损坏,保证设备的可靠运行;简化了CPLD过流保护过程,CPLD优化了单片机的控制命令,提高了单片机的计算效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CPLD程序控制来实现最小脉冲宽度限制的变频器及其控制实现的方法。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
CPLD控制实现最小脉宽限制的变频器,包括主控模块和CPLD,其特征在于:还包括在所述CPLD内部集成有对该变频器内的IGBT功率模块进行控制的控制模块、以及对所述IGBT功率模块进行信息反馈的监控模块;
其中,所述主控制模块用以对所述CPLD实现功能控制,并通过所述CPLD对所述IGBT功率模块及所述IGBT功率模块的驱动电路实现控制和监控;
所述CPLD内的所述控制模块根据从所述主控模块接收到的控制命令,来生成并控制所述IGBT功率模块的驱动信号;
所述CPLD内的所述监控模块用于获取并处理所述IGBT功率模块的反馈信息。
在所述主控模块内还设置有一个用以对所述CPLD的引脚电平进行拉高或拉低处理的拨码开关。
所述控制模块通过死区补偿模块、脉宽限制模块以及死区插入模块对输入到所述IGBT功率模块中的驱动波形实现控制。
所述监控模块用于获取并处理所述IGBT功率模块的反馈信息,该反馈信息包括死区补偿模块的脉冲输出宽度。
CPLD控制实现变频器最小脉宽限制的方法,其特征在于,该方法通过以下步骤来实现:
步骤S001,通过拨码开关将CPLD的特定引脚IO1、IO2设定为相应的电平,进而使CPLD设定相对应的变频器最小脉宽限制宽度时间;
步骤S002,根据所述CPLD设定的最小脉宽限制宽度时间,处理输入的PWM脉冲CP1_x信号,然后经脉宽限制后输出PWM脉冲CP1_y信号;
步骤S003,所述处理输入的PWM脉冲CP1_x信号,然后经脉宽限制后输出PWM脉冲CP1_y信号时,计时器counter信号状态会进行相应的变化;
步骤S004,在监控模块的检测下,所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号送入IGBT功率模块。
所述步骤S002中处理输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号,通过以下分步骤来实现:
分步骤S01,当限制宽度的时间到时,若所述输入的PWM脉冲CP1_x信号持续为高电平,说明理论宽度时间大于限制宽度时间,此时所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号,在所述输入的PWM脉冲CP1_x信号下降沿时,补偿前面的限制宽度时间;
分步骤S02,当限制宽度的时间到时,若所述输入的PWM脉冲CP1_x信号已转变为低电平,说明理论宽度小于限制宽度,此时所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号保持为0。
所述步骤S003中的计时器counter信号状态相应的变化通过以下分步骤来实现:
分步骤S1,当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号同为低电平时,计数器counter信号不计数;
分步骤S2,当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号为高电平,所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号为低电平时,计时器counter信号状态为加计数;
分步骤S3,当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号同为高电平时,计时器counter信号不计时;
分步骤S4,当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号低电平,经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号为高电平时,计时器counter信号状态为减计数。
分步骤S5,在WdthCnt时间内,所述输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号没有同时达到高电平时,本次计数无效。
本发明的有益效果是,降低成本,同时降低开关损耗和减少电机的绝缘损坏,保证设备的可靠运行;简化了CPLD过流保护过程,CPLD优化了单片机的控制命令,提高了单片机的计算效率。
附图说明
图1为系统框图;
图2为CPLD内部的结构框图;
图3为控制模块内对输入PWM脉冲信号处理的波形图;
图4为CPLD引脚IO1、IO2与限制宽度时间的对应表;
图5为输入PWM脉冲信号CP1_x、经脉宽限制后的PWM脉冲信号CP1_y以及计时器counter信号状态的逻辑关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参照图1以及图2,所示的CPLD控制实现最小脉宽限制的变频器,该变频器包括主控模块1、CPLD2(CPLD2为可编程逻辑器件)、以及IGBT功率模块3。在所述CPLD2的内部还集成有对变频器内的IGBT功率模块3进行控制的控制模块21、以及对IGBT功率模块3进行信息反馈的监控模块22;
其中,所述主控模块1用以对所述CPLD2实现功能控制,并通过所述CPLD2对所述IGBT功率模块3及所述IGBT功率模块3的驱动电路实现控制和监控;
所述CPLD2内的所述控制模块21根据从所述主控模块1接收到的控制命令,来生成并控制所述IGBT功率模块3的驱动信号;
所述CPLD2内的所述监控模块22用于获取并处理所述IGBT功率模块3的反馈信息。
在所述主控模块1内还设置有一个用以对所述CPLD的引脚电平进行拉高或拉低处理的拨码开关4。
所述控制模块21通过死区补偿模块211、脉宽限制模块212以及死区插入模块213对输入到所述IGBT功率模块3中的驱动波形实现控制。
所述监控模块22用于获取并处理所述IGBT功率模块3的反馈信息,该反馈信息包括死区补偿模块211的脉冲输出宽度。
参照图3,输入PWM脉冲经过所述控制模块21内的死区补偿模块211后的波形如红色波形所示,在进入脉宽限制模块212前的波形如蓝色波形所示,死区插入模块213插入的波形如黑色波形所示。
参照图4,通过拨码开关4将CPLD2的特定引脚IO1、IO2设定为相应的电平,进而使CPLD2设定相对应的变频器最小脉宽限制宽度时间;
参照图5,根据所述CPLD2设定的最小脉宽限制宽度时间,处理输入的PWM脉冲CP1_x信号,当限制宽度的时间到时,若所述输入的PWM脉冲CP1_x信号持续为高电平,说明理论宽度时间大于限制宽度时间,此时所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号,在所述输入的PWM脉冲CP1_x信号下降沿时,补偿前面的限制宽度时间;
当限制宽度的时间到时,若所述输入的PWM脉冲CP1_x信号已转变为低电平,说明理论宽度小于限制宽度,此时所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号保持为0。
参照图5,计时器counter信号状态会进行相应的变化,当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号同为低电平时,计数器counter信号不计数;
当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号为高电平,所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号为低电平时,计时器counter信号状态为加计数;
当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号同为高电平时,计时器counter信号不计时;
当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号低电平,经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号为高电平时,计时器counter信号状态为减计数。
在WdthCnt时间内,所述输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号没有同时达到高电平时,本次计数无效。经过对所述输入的PWM脉冲CP1_x信号进行处理后,输出PWM脉冲CP1_y信号。
所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号,在监控模块22的检测下,送入IGBT功率模块3。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.CPLD控制实现最小脉宽限制的变频器,包括主控模块和CPLD,其特征在于:还包括在所述CPLD内部集成有对该变频器内的IGBT功率模块进行控制的控制模块、以及对所述IGBT功率模块进行信息反馈的监控模块;
其中,所述主控制模块用以对所述CPLD实现功能控制,并通过所述CPLD对所述IGBT功率模块及所述IGBT功率模块的驱动电路实现控制和监控;
所述CPLD内的所述控制模块根据从所述主控模块接收到的控制命令,来生成并控制所述IGBT功率模块的驱动信号;
所述CPLD内的所述监控模块用于获取并处理所述IGBT功率模块的反馈信息;
在所述主控模块内还设置有一个用以对所述CPLD的引脚电平进行拉高或拉低处理的拨码开关;
所述控制模块通过死区补偿模块、脉宽限制模块以及死区插入模块对输入到所述IGBT功率模块中的驱动波形实现控制;
所述监控模块用于获取并处理所述IGBT功率模块的反馈信息,该反馈信息包括死区补偿模块的脉冲输出宽度。
2.CPLD控制实现变频器最小脉宽限制的方法,其特征在于,该方法通过以下步骤来实现:
步骤S001,通过拨码开关将CPLD的特定引脚IO1、IO2设定为相应的电平,进而使CPLD设定相对应的变频器最小脉宽限制宽度时间;
步骤S002,根据所述CPLD设定的最小脉宽限制宽度时间,处理输入的PWM脉冲CP1_x信号,然后经脉宽限制后输出PWM脉冲CP1_y信号;
步骤S003,所述处理输入的PWM脉冲CP1_x信号,然后经脉宽限制后输出PWM脉冲CP1_y信号时,计时器counter信号状态会进行相应的变化;
步骤S004,在监控模块的检测下,所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号送入IGBT功率模块。
3.根据权利要求2所述的CPLD控制实现变频器最小脉宽限制的方法,其特征在于,所述步骤S002中处理输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号,通过以下分步骤来实现:
分步骤S01,当限制宽度的时间到时,若所述输入的PWM脉冲CP1_x信号持续为高电平,说明理论宽度时间大于限制宽度时间,此时所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号,在所述输入的PWM脉冲CP1_x信号下降沿时,补偿前面的限制宽度时间;
分步骤S02,当限制宽度的时间到时,若所述输入的PWM脉冲CP1_x信号已转变为低电平,说明理论宽度小于限制宽度,此时所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号保持为0。
4.根据权利要求2所述的CPLD控制实现变频器最小脉宽限制的方法,其特征在于,所述步骤S003中的计时器counter信号状态相应的变化通过以下分步骤来实现:
分步骤S1,当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号同为低电平时,计数器counter信号不计数;
分步骤S2,当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号为高电平,所述经脉宽限制后输出的PWM脉冲CP1_y信号为低电平时,计时器counter信号状态为加计数;
分步骤S3,当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号同为高电平时,计时器counter信号不计时;
分步骤S4,当所述输入的PWM脉冲CP1_x信号低电平,经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号为高电平时,计时器counter信号状态为减计数。
分步骤S5,在WdthCnt时间内,所述输入的PWM脉冲CP1_x信号,以及所述经脉宽限制后的输出PWM脉冲CP1_y信号没有同时达到高电平时,本次计数无效。
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