CN112398344B - 开关器件的驱动控制方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种开关器件的驱动控制方法及电路，该方法包括：主控制器发送第一信号，第一信号包含脉冲宽度不同的第一类脉冲序列及第二类脉冲序列；从控制器通过隔离通信电路接收第一信号，并判断第一信号的脉冲类型；当从控制器检测到第一类脉冲后，则输出多个开关信号分别控制多个开关器件关断；当从控制器检测到第二类脉冲，则输出多个开关信号分别控制多个开关器件正常运作；其中，在第一类脉冲序列与第二类脉冲序列之间，第一信号的电平维持不变。本发明同时满足正常运行与保护闭锁需求，成本低，驱动延迟小，实现闭锁与启动的快速切换。

Description

开关器件的驱动控制方法及电路
技术领域
本发明涉及电力电子设备技术领域，尤其涉及一种开关器件的驱动控制方法及电路。
背景技术
电力电子设备中的控制电路属于微电子电路(或称信息电子电路)，其电压低、电流小，而控制电路通常与高电压、大电流直接接触，为了避免高电压、大电流损坏控制电路，驱动控制电路除了要放大控制电路送到的控制信号外，还要对控制电路进行电气隔离。
在需要中压隔离的电力电子设备中，通过光纤等介质传递相应的驱动信息，如图1所示开关管Q1～Q4的驱动信息由主控制器通过隔离光纤发送至从控制器。
现有技术1中光纤包括驱动光纤、保护光纤以及状态光纤，通过驱动光纤传递开关信号，然后添加死区以控制互补开关的状态。当驱动光纤传递逻辑信号“0”，通过保护光纤实现开关状态的闭锁控制，可以实现正常驱动与保护闭锁，但额外的保护光纤使得成本增加。
现有技术2通过编码/解码实现开关信号与保护/控制等信号的传输，取消保护光纤，降低了成本，但编/解码延时较高，难以满足高频开关的需求，也无法实现快速闭锁。
发明内容
本发明提供一种开关器件的驱动控制方法及电路，以实现低成本的驱动控制系统进行快速闭锁，还可以减少延时，实现驱动系统更加快速地从闭锁模式转换至正常运行模式。
第一方面，本发明实施例提供的一种开关器件的驱动控制方法，应用于一驱动控制系统，所述驱动控制系统用于驱动多个开关器件；所述驱动控制系统包含主控制器、从控制器、隔离通信电路；所述主控制器通过所述隔离通信电路与所述从控制器耦接；所述从控制器与所述开关器件耦接，所述方法包括：
所述主控制器发送第一信号，所述第一信号包含脉冲宽度不同的第一类脉冲序列及第二类脉冲序列；所述从控制器通过所述隔离通信电路接收所述第一信号，并判断所述第一信号的脉冲类型；
当所述从控制器检测到第一类脉冲后，则输出多个开关信号分别控制所述多个开关器件关断；
当所述从控制器检测到第二类脉冲，则输出所述多个开关信号分别控制所述多个开关器件正常运作；
其中，在所述第一类脉冲序列与所述第二类脉冲序列之间，所述第一信号的电平维持不变。
在一种可能的设计中，所述多个开关器件包括第一开关和第二开关，所述从控制器接收所述第一信号后输出第二信号和第三信号分别控制所述第一开关和所述第二开关；
当所述从控制器检测到所述第一类脉冲后，则输出的所述第二信号和所述第三信号为电平相同且维持不变的信号；
当所述从控制器检测到所述第二类脉冲，则输出的所述第二信号和所述第三信号为带死区的互补信号。
在一种可能的设计中，所述主控制器发送第一信号，包括：
所述主控制器产生一闭锁信号，当所述闭锁信号有效时，所述主控制器发送所述第一类脉冲序列，所述第一类脉冲序列包含连续N个所述第一类脉冲，N为大于等于1的整数；
当所述闭锁信号无效时，所述主控制器发送所述第二类脉冲序列。
在一种可能的设计中，所述第一类脉冲的脉冲宽度小于所述第二类脉冲的脉冲宽度。
在一种可能的设计中，当所述从控制器检测到所述第一类脉冲，所述从控制器切换为锁持模式，停止检测所述第一信号；
当到达预设的锁持时间之后，所述从控制器切换为待机模式，持续检测所述第一信号中的跳变沿；
当所述从控制器检测到所述跳变沿，所述从控制器切换为工作模式。
在一种可能的设计中，所述第一类脉冲序列包含连续N个所述第一类脉冲，所述锁持时间的起始时刻等于所述第一类脉冲序列中第M个脉冲的结束时刻，所述锁持时间的结束时刻大于等于所述第一类脉冲序列中最后一个脉冲的结束时刻，其中N为大于等于1的整数，M为整数且1≤M≤N。
在一种可能的设计中，当所述从控制器处于所述锁持模式或者所述待机模式时，所述多个开关信号为电平相同且维持不变的信号；当所述从控制器处于所述工作模式时，所述多个开关信号为带死区的互补信号。
在一种可能的设计中，当所述从控制器检测到所述第一类脉冲，且所述第一类脉冲的脉冲宽度小于等于一死区时间，则所述从控制器切换为待机模式，并检测所述第一信号中的跳变沿；
当所述从控制器检测到所述跳变沿，所述从控制器切换为工作模式。
在一种可能的设计中，当所述从控制器处于所述待机模式时，所述多个开关信号为电平相同且维持不变的信号；当所述从控制器处于所述工作模式时，所述多个开关信号为带死区的互补信号。
第二方面，本发明实施例提供的一种开关器件的驱动控制电路，所述电路包括：主控制器用于发送第一信号，且所述第一信号包含脉冲宽度不同的第一类脉冲序列及第二类脉冲序列；隔离通信电路耦接于所述主控制器，用于传输所述第一信号；从控制器，其一端耦接于所述隔离通信电路，另一端耦接于多个开关器件，用于通过所述隔离通信电路接收所述第一信号，并判断所述第一信号的脉冲类型；当检测到第一类脉冲后，则输出多个开关信号分别控制所述多个开关器件关断；当检测到第二类脉冲，则输出所述多个开关信号分别控制所述多个开关器件正常运作；其中，在所述第一类脉冲序列与所述第二类脉冲序列之间，所述第一信号的电平维持不变。
在一种可能的设计中，所述主控制器包括：闭锁模块，用于检测待闭锁事件及输出闭锁信号；脉冲发生模块，与所述闭锁模块相连，用于接收所述闭锁信号及生成所述第一信号；
当所述闭锁信号有效时，所述脉冲发生模块输出所述第一类脉冲序列；
当所述闭锁信号有效且所述第一类脉冲序列结束，所述脉冲发生模块输出一固定电平；
当所述闭锁信号无效时，所述脉冲发生模块输出所述第二类脉冲序列。
在一种可能的设计中，所述从控制器包括：
死区模块，接收所述隔离通信电路发送的所述第一信号并将所述第一信号转换为多个内部信号，且所述多个内部信号为带死区的互补信号；
启动和保护模块，与死区模块相连以接收所述多个内部信号，同时接收所述隔离通信电路发送的所述第一信号并判断所述第一信号的脉冲类型；
当检测到第一类脉冲后，则输出多个开关信号且所述多个开关信号为电平相同且维持不变的信号；
当检测到第二类脉冲，则输出多个开关信号且所述多个开关信号为所述带死区的互补信号。
在一种可能的设计中，所述第一类脉冲序列包含连续N个第一类脉冲，N为大于等于1的整数；所述第一类脉冲的脉冲宽度小于所述第二类脉冲的脉冲宽度。
在一种可能的设计中，当所述闭锁信号无效时，所述启动和保护模块输出的所述多个开关信号为多个带死区的互补信号，以使所述开关器件正常运作；
当所述闭锁信号有效时，所述启动和保护模块输出的所述多个开关信号为多个电平相同且维持不变的信号，以使所述多个开关器件停止运作。
第三方面，本发明实施例提供一种开关器件的驱动控制系统，包括：存储器和处理器，存储器中存储有所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行第一方面中任一项所述开关器件的驱动控制方法。
本发明提供的一种开关器件的驱动控制方法及电路，可以同时满足正常运行与保护闭锁需求，成本低，驱动延迟小，实现闭锁与启动的快速切换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术实施例提供的开关器件的驱动控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的开关器件的驱动控制方法的流程图；
图3为本发明实施例一提供的开关器件的驱动控制系统的结构示意图；
图4为本发明实施例一提供的驱动控制方法的波形示意图；
图5为本发明实施例二提供的开关器件的驱动控制系统的结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的驱动控制方法的波形示意图；
图7为本发明实施例三提供的开关器件的驱动控制系统的结构示意图；
图8为本发明实施例三提供的驱动控制方法的波形示意图；
图9为本发明实施例三提供的开关器件的驱动控制方法的逻辑流程图；
图10为本发明实施例四提供的驱动控制方法中波形示意图；
图11为本发明实施例四提供的开关器件的驱动控制方法的逻辑流程图；
图12(a)为本发明实施例五提供的开关器件的驱动控制电路的结构示意图一；
图12(b)为本发明实施例五提供的开关器件的驱动控制电路的结构示意图二；
图12(c)为本发明实施例五提供的开关器件的驱动控制电路的结构示意图三。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图2为本发明实施例一提供的开关器件的驱动控制方法的流程图，图3为本发明实施例一提供的开关器件的驱动控制系统的结构示意图。请一并参考图2和图3，该驱动控制系统用于驱动多个开关器件；主要包含主控制器、从控制器、隔离通信电路；主控制器通过隔离通信电路与从控制器耦接；从控制器与开关器件耦接，主控制器用于发送第一信号，第一信号包含脉冲宽度不同的第一类脉冲序列及第二类脉冲序列；其中，在第一类脉冲序列与第二类脉冲序列之间，第一信号的电平维持不变；隔离通信电路用于将主控制器发出的第一信号传输至从控制器，从控制器用于接收第一信号，并输出多个开关信号分别控制多个开关器件。
本实施例中的驱动控制方法可以包括：
S101、主控制器发送第一信号，第一信号包含脉冲宽度不同的第一类脉冲序列及第二类脉冲序列。
本实施例中，主控制器发送第一信号，具体包括：主控制器可以产生一闭锁信号，当闭锁信号有效时，主控制器发送第一类脉冲序列，第一类脉冲序列可以包含连续N个第一类脉冲，N为大于等于1的整数；当闭锁信号无效时，主控制器发送第二类脉冲序列。在一种可选的实施例中，主控制器可以检测待闭锁事件及输出闭锁信号，其中，闭锁事件可以包括启停信号无效、故障信号有效、限制信号有效中的任一或者任多组合。
S102、从控制器通过隔离通信电路接收第一信号，并判断第一信号的脉冲类型。
本实施例中，参考图4，图4为本发明实施例一提供的驱动控制方法的波形示意图。主控制器发送第一信号，t1时刻主控制器发送第一类脉冲序列，其中，该第一类脉冲序列包含连续的5个第一类脉冲，即连续5个窄脉冲。当t4时刻主控制器发送第二类脉冲序列，其中第二类脉冲序列包含连续多个第二类脉冲，即正常的驱动脉冲。在第一类脉冲序列与第二类脉冲序列之间，第一信号的电平维持不变。第一类脉冲的脉冲宽度小于第二类脉冲的脉冲宽度，即窄脉冲的脉冲宽度小于驱动脉冲的脉冲宽度。从控制器通过隔离通信电路接收第一信号，输出多个开关信号分别控制多个开关器件，例如输出第X信号控制开关器件X，输出第Y信号控制开关器件Y。
S103、当从控制器检测到第一类脉冲后，则输出多个开关信号分别控制多个开关器件关断；当从控制器检测到第二类脉冲，则输出多个开关信号分别控制多个开关器件正常运作。
参考图4，t1-t2时间段内，从控制器检测到第一个窄脉冲，切换为闭锁状态。为了可靠关断开关器件，t2-t3时刻，从控制器停止检测第一信号。t2时刻后，从控制器输出的第X信号、第Y信号的电平相同且维持不变，第X信号和第Y信号分别控制开关器件X和开关器件Y关断/停止运作。直至t4时刻，从控制器检测到跳变沿(此处为上升沿)，即检测到第二类脉冲，从控制器输出的第X信号、和第Y信号为带死区的互补信号，第X信号和第Y信号分别控制开关器件X和开关器件Y正常运作，系统从闭锁状态切换为正常工作状态。在t4时刻，主控制器解除了对驱动电路的封锁开始发送第二类脉冲，从控制器已就绪，其检测到的跳变沿为正常驱动脉冲的跳变沿，即从控制器检测到第二类脉冲并开始接收第二类脉冲。
进一步地，在第一类脉冲序列与第二类脉冲序列之间，第一信号的电平可以维持不变。如图4所示，在窄脉冲和正常驱动脉冲之间，第一信号为持续的低电平。当然本发明不以此为限，在第一类脉冲序列与第二类脉冲序列之间，第一信号还可以为持续的高电平。
本实施例的驱动控制方法，实现闭锁与启动的快速切换，切换时长最短可降低至第一类脉冲序列的时长；用单根光纤分时传递驱动和闭锁信息，节省光纤数量及成本；通过光纤直接传送驱动信号，驱动延迟小，精度高，支持高频开关、高频Burst切换、Cycle-by-cycle保护。
DC/DC变换器在轻载时进入Burst模式，实现较低增益，或降低轻载损耗。当DC/DC变换器的输出电压达到上限值则进入Burst Off关闭驱动脉冲开关管停止运作，输出电压下降，当输出电压达到下限值则进入Burst On模式，正常发驱动脉冲开关管动作，输出电压上升；如此Burst On模式与Burst Off模式反复切换。如果从闭锁到启动的切换时间大于Burst Off模式的持续时间Toff将引起输出电压跌落至下限值以下，则纹波电压超出目标值。本实施例的驱动控制方法，可以实现闭锁与启动的快速切换，切换时间小于Toff，有利于输出电压纹波控制。
电感电流Cycle-by-Cycle的限流保护运行模式，对闭锁与正常运行模式间的快速切换的要求更高。在Cycle-by-Cycle限流运行时，需要在电感电流过流瞬间的一个开关周期内关闭开关管完成保护工作，下一个周期再恢复正常运行。当闭锁与启动的切换时间过长，电感电流下降到下限值开关管仍然停止运行，将会导致电流纹波增大，限流效果变差。本实施例的驱动控制方法，可以实现闭锁与启动的快速切换，在电流下降到下限值前恢复开关管的正常运行，有利于电感电流控制。
图5为本发明实施例二提供的开关器件的驱动控制系统的结构示意图。如图5所示，多个开关器件包括串联连接的第一开关Q1和第二开关Q2，其中第一开关Q1和第二开关Q2采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，但本发明不以此为限。串联连接的开关器件不能同时导通，高速的PWM驱动信号传输到功率元件的控制极时，往往会由于各种各样的原因产生延迟的效果。死区时间是PWM输出时，为防止上下桥臂IGBT不会因为开关信号传输速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段，即当一个IGBT导通后关闭，再经过一段延迟时间即死区时间，才能让另一个IGBT导通，从而避免功率元件烧毁。
本实施例中，多个开关器件包括第一开关和第二开关，从控制器接收第一信号后输出第二信号和第三信号分别控制第一开关和第二开关；当从控制器检测到第一类脉冲后，则输出的第二信号和第三信号为电平相同且维持不变的信号；当从控制器检测到第二类脉冲，则输出的第二信号和第三信号为带死区的互补信号。
图6为本发明实施例二提供的驱动控制方法的波形示意图。如图6所示，当从控制器检测到第一类脉冲后，即在t1-t2时间段内检测到一个完整的第一类脉冲后，在t2-t4时间段内，从控制器输出第二信号和第三信号为电平相同且维持不变的信号。例如，第二信号和第三信号均为低电平，控制开关管Q1和Q2关断。其中第一类脉冲为高频窄脉冲，第一类脉冲序列为连续的多个高频窄脉冲。为了可靠关断开关器件，t2-t3时刻，从控制器停止检测第一信号。当从控制器检测到第二类脉冲，即t4时刻从控制器检测到跳变沿，此时主控制器解除对驱动电路的封锁开始发送第二类脉冲，从控制器处于就绪状态，从控制器检测到跳变沿表示从控制器检测到第二类脉冲，也就是从控制器开始接收正常驱动脉冲，进而从控制器输出的第二信号和第三信号为带死区的互补信号，控制开关管Q1和Q2交替导通。其中第二类脉冲为正常驱动脉冲，跳变沿可以设定为上升沿或者下降沿。其中死区时间是为防止上下桥臂的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时间段，在这个时间，上下管都不会有输出，参考图6中的死区时间，一般只占百分之几的周期。
图7为本发明实施例三提供的开关器件的驱动控制系统的结构示意图，如图7所示，驱动控制系统包括主控制器11、隔离通信电路及从控制器12。主控制器11包括闭锁模块111和脉冲发生模块112。闭锁模块111用于检测待闭锁事件及输出闭锁信号，即综合各类决定开关管是否闭锁的信息，生成闭锁信号。例如上层调度变换器停机、或检测到故障需要立即保护、或需要Burst/cycle-by-cycle限制运行时使能闭锁信号，否则恢复正常运行。其中，待闭锁事件包括：启停信号无效、故障信号有效、限制信号有效中的任一或任多组合。启停信号可以包括该驱动控制系统进行开启/关机的控制信号，例如操作人员输入的启动使能信号，或者操作人员输入的关机信号。故障信号为故障保护信号，且有效时主控制器直接进入闭锁模式发出闭锁信号。限制信号为Burst模式/Cycle-by-cycle等模式的指示信号，且有效时主控制器直接进入闭锁模式发出闭锁信号。闭锁模块的判断逻辑为：闭锁信号有效(启停信号无效)或(故障信号有效)或(限制信号有效)；闭锁信号无效(启停信号有效)且(故障信号无效)且(限制信号无效)。
脉冲发生模块112与闭锁模块111相连，用于接收闭锁信号及生成第一信号。当闭锁信号有效时，脉冲发生模块112在第一信号中插入连续的N个窄脉冲形成第一类脉冲序列。当闭锁信号有效且第一类脉冲序列结束，脉冲发生模块112输出一个固定电平。当闭锁信号无效时，脉冲发生模块持续输出正常的驱动脉冲，形成第二类脉冲序列。当需要闭锁驱动(闭锁信号有效)，脉冲发生模块112发出一段窄脉冲后维持固定电平，当闭锁信号变为无效时，脉冲发生模块112发出正常驱动信号。
隔离通信电路耦接于主控制器11，用于传输第一信号。从控制器12一端耦接于隔离通信电路，另一端耦接于多个开关器件。从控制器12包括死区模块121及启动和保护模块122。死区模块121，接收隔离通信电路发送的第一信号并将第一信号转换为多个内部信号，且多个内部信号为带死区的互补信号。启动和保护模块122与死区模块121相连以接收多个内部信号，同时接收隔离通信电路发送的第一信号。启动和保护模块122判断第一信号的脉冲类型：当检测到第一类脉冲后，则输出多个开关信号且多个开关信号为电平相同且维持不变的信号；当检测到第二类脉冲，则输出多个开关信号且多个开关信号为带死区的互补信号，即输出多个内部信号作为开关信号。
进一步地，当闭锁信号无效时，启动和保护模块122输出的多个开关信号为多个带死区的互补信号，以使开关器件正常运作；当闭锁信号有效时，启动和保护模块122输出的多个开关信号为多个电平相同且维持不变的信号，以使多个开关器件停止运作。
图8为本发明实施例三提供的驱动控制方法的波形示意图，图7中驱动控制系统驱动的开关器件以两个为例，即多个开关器件可以包括串联连接的第一开关和第二开关。请一并参照图7和图8，其中W为第一类脉冲的宽度，T_PULSE为第一类脉冲序列的持续时间，T_DB为死区时间，T_LATCH为预设的锁持时间，第一类脉冲为高频窄脉冲。
主控制器中的脉冲发生模块112输出第一信号，从控制器中的死区模块121接收第一信号并添加死区控制以输出内部信号1和内部信号2，从控制器中的启动和保护模块122接收第一信号、内部信号1和内部信号2以输出第二信号和第三信号分别控制第一开关和第二开关。
T1时刻闭锁信号有效，脉冲发生模块112在第一信号中插入连续多个第一类脉冲，形成第一类脉冲序列(例如包含5个窄脉冲)。T2时刻从控制器检测到第一个窄脉冲(本实施例中不作限定)，从控制器切换为锁持模式，停止检测第一信号，输出第二信号和第三信号，控制开关器件关断，进入闭锁状态。T3时刻脉冲发生模块停止插入第一类脉冲，第一类脉冲序列结束，脉冲发生模块输出的第一信号为固定的低电平，维持闭锁状态。T4时刻到达预设的锁持时间T_LATCH，从控制器切换为待机模式，等待主控制器发送第二类脉冲即正常的驱动脉冲，持续检测跳变沿，同时输出第二信号和第三信号，控制开关器件关断，维持闭锁状态。为了可靠关断开关器件，锁持时间内即T2-T4时刻之间，从控制器停止检测第一信号。T5时刻闭锁信号无效，主控制器开始发送第二类脉冲，从控制器检测到跳变沿，从T5时刻开始从控制器输出第二信号和第三信号，控制开关器件交替导通，进入正常工作状态。T5时刻，主控制器解除了对驱动电路的封锁，从控制器已就绪，检测到的跳变沿为正常驱动脉冲的跳变沿，即从控制器检测到第二类脉冲。从T5时刻开始，从控制器接收正常驱动脉冲，输出互补的开关信号，控制开关器件交替导通进行功率变换，系统实现从闭锁到启动的快速切换。
如果窄脉冲的宽度大于死区时间，死区模块接收第一类脉冲序列添加死区后输出的内部信号1和内部信号2为带死区的互补信号，而T2-T5时段内驱动控制系统响应闭锁事件需要关断开关管，启动和保护模块同时拉低内部信号1和内部信号2，输出的第二信号和第三信号为恒定低电平。T2-T5时段内闭锁信号有效，从控制器生成分别控制第一开关和第二开关关断的第二信号和第三信号，且第二信号和第三信号为电平相同且维持不变的信号。T5时刻闭锁信号无效，从控制器检测到第一信号中的跳变沿，输出第二信号和第三信号为带死区的互补信号，即从控制器输出内部信号1和内部信号2。
其中锁持时间T_LATCH的起始时刻为第一类脉冲序列中第M个脉冲的结束时刻，M为整数且1≤M≤N。本实施例中，锁持时间T_LATCH的起始时刻为第一类脉冲序列中第一个脉冲的结束时刻，对应图8中的T2时刻，此时从控制器检测到一个完整的第一类脉冲；锁持时间T_LATCH的结束时刻大于等于第一类脉冲序列中最后一个脉冲的结束时刻，即晚于图8中的T3时刻。如图8所示，本实施例中锁持时间为T2-T4时段，当然本实施例不以此为限，本领域技术人员根据实际情况进行限定，以达到更好的效果。
本实施例中，第一类脉冲信号的宽度为100ns，第一类脉冲序列的个数为5，则在相同的硬件条件下，重新启动的最小间隔可缩短至500ns。实现低成本的驱动控制系统进行快速闭锁，可以更加快速地从闭锁模式转换至正常运行模式。
图9为本发明实施例三提供的开关器件的驱动控制方法的逻辑流程图，请一并参照图7、图8和图9说明本实施例中的逻辑流程。本发明的驱动控制系统中，状态机的状态变量DS可以取锁持(LATCH)、待机(WAITING)以及正常工作(WORKING)三种状态，系统初始化时DS＝WAITING，实时进行状态机判断确定DS的当前取值。
当DS＝LATCH时驱动控制系统为锁持状态，从控制器切换为锁持模式，停止检测第一信号，输出第二信号和第三信号为电平相同且维持不变的信号，控制开关器件关断；内部计时器的计数值上加1。比较计数值与锁持时间，当内部计时器的计数值大于锁持时间时，DS＝WAITING从控制器切换为待机模式；当计数值小于锁持时间时返回状态机判断步骤，内部计时器进行持续计时。
当DS＝WAITING时驱动控制系统为待机状态，从控制器切换为待机模式，持续检测第一信号中的跳变沿，输出第二信号和第三信号为电平相同且维持不变的信号，控制开关器件关断。当检测到跳变沿时，DS＝WORKING从控制器切换为正常工作模式；当未检测到跳变沿时返回状态机判断步骤，内部持续检测跳变沿。本实施例中设置了锁持时间，在待机模式中检测到跳变沿等效为检测到第二类脉冲。
当DS＝WORKING时驱动控制系统为正常工作状态，从控制器切换为工作模式，输出第二信号和第三信号为带死区的互补信号，控制开关器件正常运作；持续检测第一类脉冲，当检测到第一类脉冲时，将内部计时器的计数值清零，DS＝LATCH从控制器切换为锁持模式；当未检测到第一类脉冲时返回状态机判断步骤，内部持续检测第一类脉冲。
进一步地，在锁持模式和待机模式下，驱动控制系统输出的开关信号控制开关器件关断，系统处于闭锁状态。
图10为本发明实施例四提供的驱动控制方法的波形示意图，图7中驱动控制系统驱动的开关器件以两个为例，即多个开关器件可以包括串联连接的第一开关和第二开关。请一并参照图7和图10，其中W为第一类脉冲的宽度，T_PULSE为第一类脉冲序列的持续时间，T_DB为死区时间。第一类脉冲为高频窄脉冲，第一类脉冲的宽度W小于等于死区时间T_DB。
主控制器中的脉冲发生模块112输出第一信号，从控制器中的死区模块121接收第一信号并添加死区控制以输出内部信号1和内部信号2，从控制器中的启动和保护模块122接收第一信号、内部信号1和内部信号2以输出第二信号和第三信号分别控制第一开关和第二开关。
T1时刻闭锁信号有效，脉冲发生模块112开始在第一信号中插入连续多个第一类脉冲，形成第一类脉冲序列(例如包含5个窄脉冲)。T2时刻从控制器检测到第一个窄脉冲，从控制器切换为待机模式，输出第二信号和第三信号，控制开关器件关断。待机模式下，从控制器持续检测第一信号，当第二个窄脉冲到来时，从控制器检测到第一信号中出现跳变沿切换为正常工作模式，由于窄脉冲的宽度小于等于死区时间，窄脉冲被死区覆盖，死区模块接收第一类脉冲序列后输出的内部信号1和内部信号2为电平相同，即第二信号和第三信号电平相同，开关器件保持关断。当从控制器根据脉冲持续时间判断接收的脉冲为第一类脉冲，从控制器再切换为待机模式。在主控制器发送第一类脉冲序列期间，从控制器检测的跳变沿为第一类脉冲的跳变沿，从控制器在待机模式和正常工作模式之间反复切换，但开关器件保持关断，系统处于闭锁状态。第一类脉冲序列结束，第一信号为固定电平，从控制器维持待机模式。T4时刻闭锁信号无效，主控制器开始发送第二类脉冲，从控制器检测到跳变沿，输出第二信号和第三信号，控制开关器件交替导通，进入正常工作状态。T4时刻主控制器解除了对驱动电路的封锁开始发送第二类脉冲，从控制器已就绪，其检测到的跳变沿为正常驱动脉冲的跳变沿，即从控制器检测到第二类脉冲。从T4时刻开始，从控制器接收正常驱动脉冲，输出互补的开关信号，控制开关器件交替导通进行功率变换，系统实现从闭锁到启动的快速切换。
T1-T4时段内闭锁信号有效，从控制器生成分别控制第一开关和第二开关关断的第二信号和第三信号，且第二信号和第三信号为电平相同且维持不变的信号。T4时刻闭锁信号无效，从控制器检测到第二类脉冲，输出第二信号和第三信号为带死区的互补信号，即从控制器输出内部信号1和内部信号2。
本实施例中，由于第一类脉冲序列，即窄脉冲宽度小于死区宽度，插入的窄脉冲信号不会导致多次开关情况(引发干扰)，无需设置锁持时间即可保证开关器件可靠关断，实现了快速封锁脉冲，同时闭锁模式至正常运行模式的最快切换时间可以缩短至一个窄脉冲的时长。以实现低成本的驱动控制系统进行快速闭锁，减少延时可以更加快速地从闭锁模式转换至正常运行模式。
图11为本发明实施例四提供的开关器件的驱动控制方法的逻辑流程图，请一并参照图7、图10和图11说明本实施例中的逻辑流程。本发明的驱动控制系统中，状态机的状态变量DS可以取待机(WAITING)以及正常工作(WORKING)两种状态，系统初始化时DS＝WAITING，实时进行状态机判断确定DS的当前取值。
当DS＝WAITING时驱动控制系统为待机状态，从控制器切换为待机模式，持续检测第一信号中的跳变沿，输出第二信号和第三信号为电平相同且维持不变的信号，控制开关器件关断；当检测到跳变沿时，DS＝WORKING从控制器切换为正常工作模式；当未检测到跳变沿时返回状态机判断步骤，内部持续检测跳变沿。当DS＝WORKING时驱动控制系统为正常工作状态，从控制器切换为工作模式，输出第二信号和第三信号为带死区的互补信号；持续检测第一类脉冲，当检测第一类脉冲时，将内部计时器的计数值清零，DS＝WAITING从控制器切换为待机模式；当未检测到第一类脉冲时返回状态机判断步骤，内部持续检测第一类脉冲。
本实施例中无需设置锁持时间，待机模式中检测到的跳变沿为第一类脉冲的跳变沿或第二类脉冲的跳变沿，当主控发送第一类脉冲序列，跳变沿为第一类脉冲的跳变沿，由于第一类脉冲的脉冲宽度小于等于死区时间，第一类脉冲被死区覆盖掉，输出的开关信号为相同电平，开关器件关断；当第一类脉冲序列结束，从控制器处于就绪状态，检测到的跳变沿为第二类脉冲的跳变沿即检测到第二类脉冲，输出的开关信号为互补信号，开关器件正常运作。
在一种可选的实施例中，第一类脉冲的脉冲宽度大于第二类脉冲的脉冲宽度，本案需设计第一类脉冲的脉冲宽度不同于第二类脉冲的脉冲宽度。
在一种可选的实施例中，隔离通信电路包括光纤。本发明的驱动控制系统适用于任何需要利用光纤等介质直接传送驱动信息的场合，包括但不局限于以下拓扑：两电平半桥电路、三电平半桥电路及级联两电平半桥电路。
具体的参考图12(a)、12(b)及12(c)，图12(a)为本发明实施例五提供的开关器件的驱动控制电路结构示意图一；图12(b)为本发明实施例五提供的开关器件的驱动控制电路结构示意图二；图12(c)为本发明实施例五提供的开关器件的驱动控制电路结构示意图三。如图12(a)所示，开关器件形成两电平半桥电路，隔离通信电路包括单根驱动光纤，在主控制器与从控制器之间传输驱动信息，从控制器输出两组开关信号驱动一组互补开关。如图12(b)所示，开关器件形成三电平半桥电路，隔离通信电路包括单根驱动光纤，在主控制器与从控制器之间传输驱动信息，从控制器输出四组开关信号驱动两组互补开关。如图12(c)所示，开关器件形成级联两电平半桥电路，隔离通信电路包括单根驱动光纤，在主控制器与从控制器之间传输驱动信息，从控制器输出四组开关信号驱动两组级联开关。本发明的驱动控制电路还可以驱动两电平全桥电路、三电平全桥电路。
应用本发明的驱动控制方法和驱动控制电路可以实现驱动脉冲的快速闭锁与重启；用单根光纤分时传递驱动和闭锁信息，节省光纤数量及成本；直接通过光纤传送驱动信号，驱动延迟小，精度高。
第一类脉冲序列与第二类脉冲序列之间电平维持不变，有利于实现闭锁与启动的快速切换，支持高频开关，适用高频Burst切换、Cycle-by-cycle保护等限制运行工况。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种开关器件的驱动控制方法，其特征在于，应用于一驱动控制系统，所述驱动控制系统用于驱动多个开关器件；所述驱动控制系统包含主控制器、从控制器、隔离通信电路；所述主控制器通过所述隔离通信电路与所述从控制器耦接；所述从控制器与所述开关器件耦接，所述方法包括：
所述主控制器发送第一信号，所述第一信号包含脉冲宽度不同的第一类脉冲序列及第二类脉冲序列；
所述从控制器通过所述隔离通信电路接收所述第一信号，并判断所述第一信号的脉冲类型；
当所述从控制器检测到第一类脉冲后，则输出多个开关信号分别控制所述多个开关器件关断；
当所述从控制器检测到第二类脉冲，则输出所述多个开关信号分别控制所述多个开关器件正常运作；
其中，在所述第一类脉冲序列与所述第二类脉冲序列之间，所述第一信号的电平维持不变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个开关器件包括第一开关和第二开关，所述从控制器接收所述第一信号后输出第二信号和第三信号分别控制所述第一开关和所述第二开关；
当所述从控制器检测到所述第一类脉冲后，则输出的所述第二信号和所述第三信号为电平相同且维持不变的信号；
当所述从控制器检测到所述第二类脉冲，则输出的所述第二信号和所述第三信号为带死区的互补信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主控制器发送第一信号，包括：
所述主控制器产生一闭锁信号，当所述闭锁信号有效时，所述主控制器发送所述第一类脉冲序列，所述第一类脉冲序列包含连续N个所述第一类脉冲，N为大于等于1的整数；
当所述闭锁信号无效时，所述主控制器发送所述第二类脉冲序列。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一类脉冲的脉冲宽度小于所述第二类脉冲的脉冲宽度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，
当所述从控制器检测到所述第一类脉冲，所述从控制器切换为锁持模式，停止检测所述第一信号；
当到达预设的锁持时间之后，所述从控制器切换为待机模式，持续检测所述第一信号中的跳变沿；
当所述从控制器检测到所述跳变沿，所述从控制器切换为工作模式。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一类脉冲序列包含连续N个所述第一类脉冲，所述锁持时间的起始时刻等于所述第一类脉冲序列中第M个脉冲的结束时刻，所述锁持时间的结束时刻大于等于所述第一类脉冲序列中最后一个脉冲的结束时刻，其中N为大于等于1的整数，M为整数且1≤M≤N。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述从控制器处于所述锁持模式或者所述待机模式时，所述多个开关信号为电平相同且维持不变的信号；当所述从控制器处于所述工作模式时，所述多个开关信号为带死区的互补信号。
8.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，
当所述从控制器检测到所述第一类脉冲，且所述第一类脉冲的脉冲宽度小于等于一死区时间，则所述从控制器切换为待机模式，并检测所述第一信号中的跳变沿；
当所述从控制器检测到所述跳变沿，所述从控制器切换为工作模式。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述从控制器处于所述待机模式时，所述多个开关信号为电平相同且维持不变的信号；当所述从控制器处于所述工作模式时，所述多个开关信号为带死区的互补信号。
10.一种开关器件的驱动控制电路，其特征在于，所述电路包括：
主控制器用于发送第一信号，且所述第一信号包含脉冲宽度不同的第一类脉冲序列及第二类脉冲序列；
隔离通信电路耦接于所述主控制器，用于传输所述第一信号；
从控制器，其一端耦接于所述隔离通信电路，另一端耦接于多个开关器件，用于通过所述隔离通信电路接收所述第一信号，并判断所述第一信号的脉冲类型；当检测到第一类脉冲后，则输出多个开关信号分别控制所述多个开关器件关断；当检测到第二类脉冲，则输出所述多个开关信号分别控制所述多个开关器件正常运作；
其中，在所述第一类脉冲序列与所述第二类脉冲序列之间，所述第一信号的电平维持不变。
11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述主控制器包括：
闭锁模块，用于检测待闭锁事件并输出闭锁信号；
脉冲发生模块，与所述闭锁模块相连，用于接收所述闭锁信号及生成所述第一信号；
当所述闭锁信号有效时，所述脉冲发生模块输出所述第一类脉冲序列；
当所述闭锁信号有效且所述第一类脉冲序列结束，所述脉冲发生模块输出一固定电平；
当所述闭锁信号无效时，所述脉冲发生模块输出所述第二类脉冲序列。
12.根据权利要求11所述的电路，其特征在于，所述从控制器包括：
死区模块，接收所述隔离通信电路发送的所述第一信号并将所述第一信号转换为多个内部信号，且所述多个内部信号为带死区的互补信号；
启动和保护模块，与死区模块相连以接收所述多个内部信号，同时接收所述隔离通信电路发送的所述第一信号并判断所述第一信号的脉冲类型；
当检测到第一类脉冲后，则输出多个开关信号且所述多个开关信号为电平相同且维持不变的信号；
当检测到第二类脉冲，则输出多个开关信号且所述多个开关信号为所述带死区的互补信号。
13.根据权利要求12所述的电路，其特征在于，所述第一类脉冲序列包含连续N个第一类脉冲，N为大于等于1的整数；所述第一类脉冲的脉冲宽度小于所述第二类脉冲的脉冲宽度。
14.根据权利要求12所述的电路，其特征在于，
当所述闭锁信号无效时，所述启动和保护模块输出的所述多个开关信号为多个带死区的互补信号，以使所述开关器件正常运作；
当所述闭锁信号有效时，所述启动和保护模块输出的所述多个开关信号为多个电平相同且维持不变的信号，以使所述多个开关器件停止运作。
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