CN111245206B - 变频器igbt驱动控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

一种变频器IGBT驱动控制方法包括：第一处理器根据变频器工作状态判断是否生成触发电平信号；如果生成所述触发电平信号，所述第一处理器接收驱动电路输出的反馈信号，并判断所述反馈信号中是否存在输出脉冲；如果所述反馈信号中存在输出脉冲，且当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相同，则所述第一处理器向第二处理器输出驱动异常电平信号；如果所述反馈信号中存在输出脉冲，且当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相反，所述第一处理器向第二处理器输出驱动正常电平信号。采用本方法可以在不设置外部晶体振荡器的前提下起到对IGBT逆变单元的保护作用，只要驱动电路可以反馈脉冲信号即可以完成整个逻辑控制，变频器系统适配多种驱动电路。

Description

变频器IGBT驱动控制方法和控制装置

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种变频器IGBT驱动控制方法以及一种变频器IGBT驱动控制装置。

背景技术

近年来，以逆变电路为核心的变频技术不断提高，发展迅速。大功率变频技术应用日益增长。大功率变频器通常选用大功率IGBT作为逆变电路的主开关器件，其通断状态变化由以单片机为核心的主控电路通过驱动电路实现。

针对其中所选用的驱动电路，目前市面上有多种驱动器可供选择。如PowerIntegrations公司生产并销售的单通道即插即用型驱动器1SP0335，这种驱动器能够安全可靠地驱动并联的高压、大功率IGBT模块。这种驱动器正常工作时的驱动逻辑为在接收到触发信号后返回一个700ns的高电平脉冲信号，在接收到关断信号后返回一个700ns的高电平脉冲信号，以代表驱动器正常工作。在触发工作过程中，如果发生故障，则会反馈一个9μs的高电平信号。为采集到驱动器反馈的时序信号，正常情况下需要为CPLD配置高精度高处理性能的外部晶振进行捕捉。如果IGBT模块用于驱动感性负载，如电机等，则需要采集六路IGBT的时钟信号，对外部晶振的选配提出了非常高的要求。此外，由于驱动器还可能与直流电压检测模块、输出电压检测模块、电流检测模块集成在同一个PCB电路板上，外部晶振会引入高频信号，很容易导致EMC超标，影响检测精度。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明针对现有技术中变频器IGBT驱动控制时需要外部晶体振荡器辅助，芯片匹配度低且容易引入高频信号，导致EMC超标的问题，设计并提出一种无需晶体振荡器的变频器IGBT驱动控制方法。

一种变频器IGBT驱动控制方法，包括以下步骤：第一处理器根据变频器工作状态判断是否生成触发电平信号；如果生成所述触发电平信号，所述第一处理器接收驱动电路输出的反馈信号，并判断所述反馈信号中是否存在输出脉冲；如果所述反馈信号中存在输出脉冲，且当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相同，则所述第一处理器向第二处理器输出驱动异常电平信号；如果所述反馈信号中存在输出脉冲，且当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相反，则所述第一处理器向第二处理器输出驱动正常电平信号。

为保证待机状态下的正常工作逻辑，如果所述第一处理器根据变频器工作状态判断不生成触发电平信号，则所述第一处理器向第二处理器输出系统保持电平信号；其中，所述系统保持电平信号与所述驱动异常电平信号的电平状态相同。

优选的，所述驱动异常电平信号为高电平信号，所述驱动正常电平信号为低电平信号，所述系统保持电平信号为高电平信号。

作为另一种可选方案，以适配不同的处理器，所述驱动异常电平信号为低电平信号，所述驱动正常电平信号为高电平信号，所述系统保持电平信号为低电平信号。

为提高系统的处理速度和能力，还包括以下步骤：在所述第一处理器中配置第一标志位、第二标志位、第三标志位和第四标志位；初始状态下，所述第一标志位、第二标志位、第三标志位和第四标志位配置为0；如果所述第一处理器根据变频器工作状态判断不生成所述触发电平信号，则保持所述第一标志位和第二标志位配置为0；如果所述第一处理器根据变频器工作状态判断生成所述触发电平信号且所述第一处理器接收到驱动电路输出的反馈信号，则将所述第一标志位和第二标志位配置为1；如果所述第一处理器判断所述反馈信号中存在输出脉冲，则将所述第三标志位配置为跟随所述触发电平信号；如果生成所述触发电平信号，则将所述第三标志位配置为1；判断所述第一标志位、第二标志位和第三标志位是否均配置为1；如果所述第一标志位、第二标志位和第三标志位均配置为1，则将所述第四标志位配置为1，所述第一处理器向第二处理器输出驱动异常电平信号；如果所述第一标志位、第二标志位和第三标志位不均配置为1，则保持将第四标志位配置为0，如果第一标志位和第二标志位均配置为0，所述第一处理器向第二处理器输出系统保持电平信号；如果第一标志位和第二标志位均配置为1，所述第一处理器向第二处理器输出驱动正常电平信号。

优选的，所述第一处理器为CPLD控制器。

本发明的另一个方面提供了一种变频器IGBT驱动控制装置，包括：触发电平信号生成模块，所述触发电平信号生成模块用于根据变频器工作状态判断是否生成触发电平信号；第一判断模块，所述第一判断模块用于在生成所述触发电平信号的状态下，接收驱动电路输出的反馈信号并判断所述反馈信号中是否存在输出脉冲；第二判断模块，所述第二判断模块用于在所述反馈信号中存在所述输出脉冲的状态下判断当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态是否相同；和信号输出模块，所述信号输出模块用于在所述第二判断模块判断当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相同时，配置向外部处理器输出驱动异常电平信号；且用于在所述第二判断模块判断当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相反时，配置向外部处理器输出驱动正常电平信号。

进一步的，所述信号输出模块还用于在不生成所述触发电平信号的状态下，配置向外部处理器输出系统保持电平信号；其中，所述系统保持电平信号与所述驱动异常电平信号的电平状态相同。

优选的，所述驱动异常电平信号为高电平信号，所述驱动正常电平信号为低电平信号，所述系统保持电平信号为高电平信号。

作为另一种备选方案，所述驱动异常电平信号为低电平信号，所述驱动正常电平信号为高电平信号，所述系统保持电平信号为低电平信号。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

通过根据变频器的工作状态生成并输出触发电平信号、并对驱动电路反馈信号中的输出脉冲，以及当前反馈信号与触发电平信号电平状态的采样和监控，可以在不设置外部晶体振荡器的前提下起到对IGBT逆变单元的保护作用，采用此种方法，只要驱动电路可以反馈脉冲信号即可以完成整个逻辑控制，因此，变频器系统适配多种驱动电路。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 为本发明所公开的变频器IGBT驱动控制方法第一种具体实施例的流程图；

图2为本发明所公开的变频器IGBT驱动控制方法第二种具体实施例的流程图；

图3为本发明所公开的变频器IGBT驱动控制方法第三种具体实施例的流程图；

图4为变频器IGBT驱动系统的系统架构图；

图5为本发明所公开的变频器IGBT驱动控制装置的结构示意框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，代表覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中“实施例”代表结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中，各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以理解，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为起到预警和保护作用，同时避免引入外部晶体振荡器，使得系统可以与多种型号的驱动电路匹配，一种全新设计的变频器IGBT驱动控制方法如图1所示。首先参照图4所示对变频器控制系统的基硬件本架构进行介绍，从整体上说，在变频器（变频调速系统）中，DSP产生的PWM信号输出至IGBT逆变单元中，以控制其通断状态并进一步控制负载的运行状态。DSP产生的PWM信号既可以采用串行方式进行传输，也可以采用并行方式进行传输。优选采用光纤作为传输介质，以满足大功率变频器长距离信号传递的要求。IGBT逆变单元的正常工作和保护由驱动电路实现。在本实施例中，IGBT逆变单元的驱动电路可以采用多个公司生产并销售的驱动电路集成芯片，驱动电路集成芯片的型号包括但不限于PowerIntegrations公司生产并销售的单通道即插即用型驱动器1SP0335\1SP 0635。驱动电路和第一处理器双向通信以上传IGBT逆变单元的工作状态。考虑到系统潜在的信号通路扩展需求和DSP有限输出端口之间不匹配的问题，在本发明中，第一处理器优选通过CPLD控制器实现。面对负载的IGBT逆变单元电路，CPLD控制器具有更稳定的性能的更快的信号传输速度，可以灵活的实现多种功能。CPLD控制器的传输介质同样优选采用光纤，以满足大功率变频器长距离信号传递的要求。

在不配置外部晶振的情况下，通过以下控制方法起到对IGBT逆变单元工作状态的自动监控。具体来说，包括以下步骤：

S1，第一处理器根据变频器工作状态判断是否生成触发电平信号。当变频器处于工作状态时，第一处理器即生成触发电平信号，以保证整个变频器系统的正常工作。当变频器处于待机状态时，第一处理器即中断生成触发电平信号。通常来说，触发电平信号优选设定为高电平信号。

S2, 如果变频器处于正常工作状态，则生成触发电平信号，第一处理器即开始接收IGBT逆变单元驱动电路输出的反馈信号。特别设计的，第一处理器判断反馈信号中是否存在输出脉冲。需要进一步说明的时，输出脉冲包括至少一个信号的下降沿，即在反馈信号中包括高电平信号、下降沿和低电平信号的完整组合时，第一处理器判断反馈信号中存在输出脉冲，第一处理器和驱动电路之间的通信正常。

S31,如果反馈信号中存在输出脉冲，则第一处理器进一步判断当前反馈信号与触发电平信号的电平状态是否相同。如果当前反馈信号与触发电平信号的电平状态相同，说明通过驱动电路控制的IGBT逆变单元的开关行为出现异常，第一处理器向第二处理器输出驱动异常电平信号。

S32，如果反馈信号中存在输出脉冲，但第一处理器进一步判断当前反馈信号与触发电平信号的电平状态相反，说明通过驱动电路控制IGBT逆变单元的开关行为正常，第一处理器向第二处理器输出驱动正常电平信号。

其中，第二处理器可以是CPLD控制器的上位机，也可以是其它的具有数据处理能力，且具有独立的多路I/O接口的集成芯片，在此不对第二处理器的型号进行进一步限定。

通过根据变频器的工作状态生成并输出触发电平信号、并对驱动电路反馈信号中的输出脉冲，以及当前反馈信号与触发电平信号电平状态的采样和监控，可以在不设置外部晶体振荡器的前提下起到对IGBT逆变单元的保护作用，同时，只要驱动电路可以反馈脉冲信号即可以完成整个逻辑控制，因此，变频器系统适配多种驱动电路。

如图2所示，在变频器待机时，如步骤S22, 第一处理器根据变频器工作状态判断不生成触发电平信号，第一处理器进一步向第二处理器输出系统保持电平信号。系统保持电平信号与驱动异常电平信号的电平状态相同。

在本发明中，优选设计驱动异常电平信号为高电平信号，驱动正常电平信号为低电平信号，系统保持电平信号为高电平信号。

作为另一种备选方案，还可以设计驱动异常电平信号为低电平信号，驱动正常电平信号为高电平信号，系统保持电平信号为低电平信号。

以驱动异常电平信号为高电平信号，驱动正常电平信号为低电平信号，系统保持电平信号为高电平信号为例，结合图3对以CPLD控制器作为第一处理器的系统的具体控制方法进行介绍。

S10,在第一处理器中配置第一标志位、第二标志位、第三标志位和第四标志位。初始状态下，第一标志位、第二标志位、第三标志位和第四标志位都默认配置为0。

S11,如果第一处理器根据变频器工作状态判断不生成触发电平信号，则保持第一标志位和第二标志位配置为0，以为下一步判定提供标识。

S12,如果第一处理器根据变频器工作状态判断生成触发电平信号，同时第一处理器接收到驱动电路输出的反馈信号，则将第一标志位和第二标志位配置为1，以为下一步判定提供标识。

S13,如果第一处理器判断反馈信号中存在输出脉冲，则将第三标志位配置为跟随触发电平信号。也就是说。如果当前状态下根据变频器的工作状态生成触发电平信号，则将第三标志位配置为1，如果当前状态下根据变频器的工作状态不生成触发电平信号，则第三标志位保持配置为0。

S14,进一步根据第一标志位、第二标志位和第三标志位判断生成何种输出信号。具体来说，判断第一标志位、第二标志位和第三标志位是否均配置为1.

S15,如果第一标志位、第二标志位和第三标志位均配置为1，则将第四标志位配置为1，第一处理器向第二处理器输出驱动异常电平信号。同时，外部处理器还可以通过直接调用第四标志位获取当前系统的工作状态，即使预警或者干预。

S16，如果所述第一标志位、第二标志位和第三标志位不均配置为1，则保持将第四标志位配置为0。

S17，如果第一标志位和第二标志位均配置为0，第一处理器向第二处理器输出系统保持电平信号；S18,如果第一标志位和第二标志位均配置为1，第一处理器向第二处理器输出驱动正常电平信号。

通过此种优选的数据处理方式，系统可以通过第一标志位、第二标志位和第三标志位判断生成何种输出信号，以及当前IGBT逆变单元是否处于正常的工作状态。外部处理器还可以通过第四标志位获取系统的工作状态，当第四标志位置1时，迅速对系统进行干预，系统响应速度得以快速提升。

本发明的另一个方面提供一种变频器IGBT驱动控制装置，如图5中10所示，其包括以下几个模块：

触发电平信号生成模块10；触发电平信号生成模块10用于根据变频器工作状态判断是否生成触发电平信号：当变频器处于工作状态时，触发电平信号生成模块10配置为控制以向外输出触发电平信号；当变频器处于待机状态时，触发电平信号生成模块10配置为中断生成触发电平信号。优选的，触发电平信号为高电平信号。

第一判断模块12；第一判断模块12用于在生成触发电平信号的状态下，接收驱动电路输出的反馈信号并判断反馈信号中是否存在输出脉冲。输出脉冲包括至少一个信号的下降沿、即反馈信号中包括高电平信号、下降沿和低电平信号的完整组合时，第一判断模块12配置为判定反馈信号中存在输出脉冲。

第二判断模块13；第二判断模块13用于在反馈信号中存在输出脉冲的状态下判断当前反馈信号与触发电平信号的电平状态是否相同；如果当前反馈信号与触发电平信号的电平状态相同，说明通过驱动电路控制的IGBT逆变单元的开关行为出现异常；如果当前反馈信号与触发电平信号的电平状态相反，说明通过驱动电路控制IGBT逆变单元的开关行为正常。

信号输出模块14；信号输出模块14用于在第二判断模块13判断当前反馈信号与触发电平信号的电平状态相同时，配置向外部处理器输出驱动异常电平信号；且用于在第二判断模块13判断当前反馈信号与触发电平信号的电平状态相反时，配置向外部处理器输出驱动正常电平信号。

通过上述多个模块的协同控制，即可以实现根据变频器的工作状态生成并输出触发电平信号，对驱动电路反馈信号中输出脉冲，以及当前反馈信号与触发电平状态的采样和监控，任何具备反馈脉冲或方波信号的驱动电路均可以与上述保护控制装置匹配，无需设置外部晶体振荡器，控制装置的匹配度更高，使用更为灵活。

信号输出模块还用于在不生成触发电平信号的状态下，配置向外部处理器输出系统保持电平信号；其中，系统保持电平信号与驱动异常电平信号的电平状态相同。以实现待机状态下系统的正常运行。

在本实施例中，优选设定驱动异常电平信号为高电平信号，驱动正常电平信号为低电平信号，系统保持电平信号为高电平信号。作为另一组备选方案，也可以设定驱动异常电平信号为低电平信号，驱动正常电平信号为高电平信号，系统保持电平信号为低电平信号。

本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质存储于电子数据交换的计算机程序，该计算机程序使得变频器执行如上方法实施例中记载的任一方法的部分或全部步骤。

在上述实施例中，对各个实施例的描述均各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个物理空间，或者也可以分布到多个网络单元上，可以根据实际需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种变频器IGBT驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一处理器根据变频器工作状态判断是否生成触发电平信号；当变频器处于工作状态时，第一处理器即生成触发电平信号，当变频器处于待机状态时，第一处理器即中断生成触发电平信号；其中所述触发电平信号为高电平信号；

如果第一处理器生成所述触发电平信号，所述第一处理器开始接收驱动电路输出的反馈信号，并判断所述反馈信号中是否存在输出脉冲；如果所述反馈信号中包括高电平信号、下降沿和低电平信号的完整组合时，则所述第一处理器判断反馈信号中存在输出脉冲；

如果所述驱动电路输出的所述反馈信号中存在输出脉冲，所述第一处理器与所述驱动电路之间的通信正常；

所述第一处理器进一步判断当前反馈信号与触发电平信号的电平状态是否相同；

如果所述反馈信号中存在输出脉冲，且当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相同，则所述第一处理器向第二处理器输出驱动异常电平信号；

如果所述反馈信号中存在输出脉冲，且当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相反，则所述第一处理器向第二处理器输出驱动正常电平信号；

其中，所述驱动电路为Power Integrations公司的单通道即插即用型驱动器1SP0335。

2.根据权利要求1所述的变频器IGBT驱动控制方法，其特征在于：

如果所述第一处理器根据变频器工作状态判断不生成触发电平信号，则所述第一处理器向第二处理器输出系统保持电平信号；其中，所述系统保持电平信号与所述驱动异常电平信号的电平状态相同。

3.根据权利要求2所述的变频器IGBT驱动控制方法，其特征在于：

所述驱动异常电平信号为高电平信号，所述驱动正常电平信号为低电平信号，所述系统保持电平信号为高电平信号。

4.根据权利要求2所述的变频器IGBT驱动控制方法，其特征在于：

所述驱动异常电平信号为低电平信号，所述驱动正常电平信号为高电平信号，所述系统保持电平信号为低电平信号。

5.根据权利要求1至4任一项所述的变频器IGBT驱动控制方法，其特征在于，

所述第一处理器为CPLD控制器。

6.一种变频器IGBT驱动控制装置，其特征在于，包括：

触发电平信号生成模块，所述触发电平信号生成模块用于根据变频器工作状态判断是否生成触发电平信号；当变频器处于工作状态时，第一处理器即生成触发电平信号；当变频器处于待机状态时，第一处理器即中断生成触发电平信号；其中所述触发电平信号为高电平信号；

第一判断模块，所述第一判断模块用于在生成所述触发电平信号的状态下，接收驱动电路输出的反馈信号并判断所述反馈信号中是否存在输出脉冲；如果所述反馈信号中包括高电平信号、下降沿和低电平信号的完整组合时则所述第一处理器判断反馈信号中存在输出脉冲；

第二判断模块，所述第二判断模块用于在所述反馈信号中存在所述输出脉冲的状态下判断当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态是否相同；和

信号输出模块，所述信号输出模块用于在所述第二判断模块判断当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相同时，配置向外部处理器输出驱动异常电平信号；且用于在所述第二判断模块判断当前反馈信号与所述触发电平信号的电平状态相反时，配置向外部处理器输出驱动正常电平信号；

其中，所述驱动电路为Power Integrations公司的单通道即插即用型驱动器1SP0335。

7.根据权利要求6所述的变频器IGBT驱动控制装置，其特征在于，

所述信号输出模块还用于在不生成所述触发电平信号的状态下，配置向外部处理器输出系统保持电平信号；其中，所述系统保持电平信号与所述驱动异常电平信号的电平状态相同。

8.根据权利要求7所述的变频器IGBT驱动控制装置，其特征在于，

所述驱动异常电平信号为高电平信号，所述驱动正常电平信号为低电平信号，所述系统保持电平信号为高电平信号。

9.根据权利要求7所述的变频器IGBT驱动控制装置，其特征在于，

所述驱动异常电平信号为低电平信号，所述驱动正常电平信号为高电平信号，所述系统保持电平信号为低电平信号。

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