CN114928234A - 用于主从式驱动板的igbt并联同步均流的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流的控制方法及系统，本控制方法包括：步骤S1，上级驱动板发送PWM驱动信号至下级驱动板；步骤S2，下级驱动板获得PWM驱动信号驱动相应IGBT通断，且通过CE端电压Vce判定IGBT实际的通断结果，并将上述通断结果作为反馈信号发送至上级驱动板；以及步骤S3，上级驱动板将自CE端电压Vce获得的IGBT通断结果与所述反馈信号中的通断结果比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐。本发明将上级驱动板和下级驱动板各自的CE端电压Vce获得的IGBT通断结果进行比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐，进而使各级联的驱动板能够快速依次进行调整，能够更加便捷方便地进行IGBT并联和调整开通关断控制，确保可靠性。
Description
技术领域
本发明属于IGBT控制领域，具体涉及一种用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流的控制方法及系统。
背景技术
对于现有技术中两块驱动板在IGBT并联过程中，利用CPLD对IGBT开通过程中的开通时刻进行采样比较，并能通过改变开通时刻的调整，确保并联IGBT的开通时刻保持一致；以及还可以利用CPLD对IGBT开通电流上升率进行采样比较，通过调整驱动门极电阻，确保并联IGBT开通的电流斜率保持一致。
但是上述做法产生的问题如下：
（1）各驱动板调节的对标零时刻不明确，导致各驱动板都会调整，调整时间会变长，而且可能导致反复调整。
（2）各驱动板调节的上升斜率方法不明确，在各驱动板同步调节时，会导致调节重复，而且容易导致反复调整。
（3）各驱动板调节方法在多只IGBT并联时，多个CPLD都在反复调节，很难确保同步性，会存在多只都在反复互相匹配，可能引起互相谐振。
基于上述问题，亟需设计一种用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流的控制方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流的控制方法及系统，以解决多驱动板在级联驱动IGBT时难以同步的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流的控制方法，包括：
步骤S1，上级驱动板发送PWM驱动信号至下级驱动板；
步骤S2，下级驱动板获得PWM驱动信号驱动相应IGBT通断，且通过CE端电压Vce判定IGBT实际的通断结果，并将上述通断结果作为反馈信号发送至上级驱动板；以及
步骤S3，上级驱动板将自CE端电压Vce获得的IGBT通断结果与所述反馈信号中的通断结果比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐。
第二方面，本实施例还提供了一种用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流控制系统，包括：
上级驱动板和下级驱动板；其中
下级驱动板获得上级驱动板发送PWM驱动信号驱动相应IGBT通断，且通过CE端电压Vce判定IGBT实际的通断结果，并将上述通断结果作为反馈信号发送至上级驱动板；
上级驱动板将自CE端电压Vce获得的IGBT通断结果与所述反馈信号中的通断结果比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐。
本发明的有益效果是，本发明的用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流的控制方法及系统，将上级驱动板和下级驱动板各自的CE端电压Vce获得的IGBT通断结果进行比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐，进而使各级联的驱动板能够快速依次进行调整，能够更加便捷方便地进行IGBT并联和调整开通关断控制，确保可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的各驱动板级联示意图；
图2是本发明的IGBT并联同步均流的控制方法的控制流程图；
图3是本发明IGBT并联同步均流的控制方法的实施例流程图；
图4是本发明IGBT并联同步均流的控制方法及系统对应的波形图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
名词解释：
IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor, 绝缘栅双极型晶体管
GDU, Gate drive unit，功率管门极驱动单元
PWM, Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制
FPGA，Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列。
IGBT并联时，每个IGBT有一块独立的驱动板GDU，此处简称为驱动板，每块驱动板有一个控制芯片FPGA或CPLD，如图1所示，各级联驱动板之间通过光纤/导线相连，一路是驱动信号，一路是反馈信号，其中驱动板GDU00为驱动板GDU01的主，驱动板GDU01为驱动板GDU02的主；驱动板GDU02为驱动板GDU03的主，驱动板GDU03为驱动板GDU02的从，两两组成一对主从组合，依次类推，驱动板GDU00也可以称作主驱动板，中间的GDU01-GDUnn-1也可以称为主从驱动板，既有主板的调整PWM脉冲的功能，又有从板的上报Vce开通关断的信息采集功能，最后一块GDUnn称为从驱动板。
作为主驱动板主要是两个任务，一个是接收控制板CPU的PWM脉冲指令，转化为多对应的IGBT开关信号；另一个是通过接收下一级从驱动板的反馈，调整从板的IGBT开关指令信号。主驱动板接收主控板CPU发过来的PWM驱动指令，并依据该指令驱动所对应的IGBT，同时通过CE端电压的采集判定IGBT实际的开通和关断结果。从驱动板将采集到的Vce变化曲线上传至主驱动板，由主驱动板进行比较，以判断开通关断的时刻是否超出差异，如果超出差异，将进行调整。
主从驱动板接收上一级主从板的PWM驱动指令，并根据下一级从板的反馈，调整下一级从板的开通和关断时间，也就是调整发送给下一级从板指令的起始时刻，从而实现下一级从板向上一级主板逐步对齐对标，依次类推，每个板卡都可以实现最终向GDU00对齐对标。
如图2所示，上述实现过程对应的实施例包括：一种用于主从式驱动板IGBT并联同步均流的控制方法，本控制方法包括：
步骤S1，上级驱动板发送PWM驱动信号至下级驱动板；
步骤S2，下级驱动板获得PWM驱动信号驱动相应IGBT通断，且通过CE端电压Vce判定IGBT实际的通断结果，并将上述通断结果作为反馈信号发送至上级驱动板；以及
步骤S3，上级驱动板将自CE端电压Vce获得的IGBT通断结果与所述反馈信号中的通断结果比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐。
所述步骤S2中下级驱动板获得PWM驱动信号驱动相应IGBT通断，且通过CE端电压Vce判定IGBT实际的通断结果，并将上述通断结果作为反馈信号发送至上级驱动板的方法包括：根据电压Vce设定通、断阈值；根据PWM驱动信号确定IGBT通、断的指令起始时间；生成对应的开关波形图作为反馈信号，即从相应指令起始时间至电压Vce满足对应阈值时的时间作为开关波形图的脉宽。
在本实施例中，所述通、断阈值的取值相同，且分别对应两个阈值，即0.75Udc和0.25Udc，Udc为直流母线电压。具体工作过程如图3所示。第一步，n级驱动板接收n-1级驱动板发来的PWM驱动信号；第二步，执行n级驱动板产生驱动IGBT的GE信号，并采样CE信号，采样Vce在开通和关断期间达到0.75Udc、0.25Udc的时刻；第三步，n级驱动板通过通信线向n+1级驱动板发送驱动IGBT的GE信号，并通过反馈通信接收n+1驱动板CE采样信号，采样Vce在开通和关断期间达到0.75Udc、0.25Udc的时刻；第四步，n级驱动板对二者驱动信号比较和指令调整，比较二者CE开通曲线一致性，如果超出范围，则进行调整，否则，保持信号；第五步，反馈状态信息给n-1级群驱动板。
依次类推，每个驱动板都可以实现最终向最上级驱动板对齐对标，最终满足当若干驱动板级联时，其中作为下级驱动板向其上级驱动板对齐，以使各级联驱动板对应的IGBT通断时间对齐。
下级驱动板的反馈信号为ACK(Acknowledgement）脉冲信号，根据GDU类型不同，分别是多个脉冲。此处以4个脉冲举例说明，其中前两个标识了功率管开通时，Vce下降到0.75Udc和0.25Udc的时刻，另两个标识了功率管关断时，Vce上升到0.25和0.75的时刻，如图4所示。
Tack1表示开通时，从收到开通上升沿驱动指令时刻T0起开始，一直下降到0.75Udc的时间长度。
Tack2表示开通时，从收到开通上升沿驱动指令时刻T0起开始，一直下降到0.25Udc的时间长度。
Tack3表示关断时，从收到关断下降沿驱动指令时刻T1起开始，一直上升到0.25Udc的时间长度。
Tack4表示关断时， 从收到关断下降沿驱动指令时刻T1起开始，一直上升到0.75Udc的时间长度。
以上时间信息主要用以比较主从板的上升和下降时刻是否相同，如果偏差超过阈值，将对指令信息进行调整。
所述步骤S3中上级驱动板将自CE端电压Vce获得的IGBT通断结果与所述反馈信号中的通断结果比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐的方法包括：计算通断结果的时间差值，并计算时间差率；当时间差率大于第一预设值时，上级驱动板发送的PWM驱动信号滞后β倍的时间差值；以及当时间差率小于第二预设值时，上级驱动板发送的PWM驱动信号超前β倍的时间差值；其中β为PWM调整系数。
在本实施例中，所述时间差值的计算公式为ΔTackm=主Tackm- 从Tackm；以及所述时间差率的计算公式为Pm=ΔTackm/主Tackm；其中主Tackm为上级驱动板的各脉冲宽度，从Tackm为下级驱动板的各脉冲宽度，m取值为自然数，以对应第m个脉冲。
具体的，取n级驱动板（上级驱动板也可以称为主板）和n+1级驱动板（下级驱动板也可以称为从板）的时间差值为ΔTackm=主Tackm- 从Tackm， 时间差率Pm=ΔTackm/主Tackm，设定时间差率Pm的调整阈值为10%或者-10%（此处仅为假设，不同功率管的阈值不同，可根据测试结果设定）。
当 P1≥10%，且 P2≥10%，发给n+1级驱动板的PWM指令延后βΔTackm发送，此处PWM调整系数β为0.5仅为假设，可根据不同功率管进行调整。
当 P1≤-10%，且 P2≤-10%，发给n+1级驱动板的PWM指令提前βΔTackm发送，此处PWM调整系数β为0.5仅为假设，可根据不同功率管进行调整。
同理，关断脉冲也可按此调整。
因功率管和驱动板类型不同，开关频率会有差异，可根据实际需要，调整Vce采样点的数量。
在上述控制方法的基础上，本实施例还提供了一种用于主从式驱动板IGBT并联同步均流控制系统，包括：
上级驱动板和下级驱动板；其中下级驱动板获得上级驱动板发送PWM驱动信号驱动相应IGBT通断，且通过CE端电压Vce判定IGBT实际的通断结果，并将上述通断结果作为反馈信号发送至上级驱动板；上级驱动板将自CE端电压Vce获得的IGBT通断结果与所述反馈信号中的通断结果比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐。
所述下级驱动板内设有从控制模块；所述从控制模块适于根据电压Vce设定通、断阈值，根据PWM驱动信号确定IGBT通、断的指令起始时间，并生成对应的开关波形图作为反馈信号，即从相应指令起始时间至电压Vce满足对应阈值时的时间作为开关波形图的脉宽。
所述通、断阈值的取值相同，且分别对应两个阈值，即0.75Udc和0.25Udc。
所述上级驱动板内设有主控制模块；所述主控制模块适于计算通断结果的时间差值，并计算时间差率，且当时间差率大于第一预设值时，上级驱动板发送的PWM驱动信号滞后β倍的时间差值；以及当时间差率小于第二预设值时，上级驱动板发送的PWM驱动信号超前β倍的时间差值；其中β为PWM调整系数。
所述时间差值的计算公式为ΔTackm=主Tackm- 从Tackm；以及
所述时间差率的计算公式为Pm=ΔTackm/主Tackm；其中
主Tackm为上级驱动板的各脉冲宽度，从Tackm为下级驱动板的各脉冲宽度，m取值为自然数，以对应第m个脉冲。
本实施例的具体实施例过程在控制方法中已经进行展开描述，此处不再赘述。
综上所述，按照本发明的用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流的控制方法及系统，将上级驱动板和下级驱动板各自的CE端电压Vce获得的IGBT通断结果进行比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐，进而使各级联的驱动板能够快速依次进行调整，能够更加便捷方便地进行IGBT并联和调整开通关断控制，确保可靠性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流的控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1，上级驱动板发送PWM驱动信号至下级驱动板；
步骤S2，下级驱动板获得PWM驱动信号驱动相应IGBT通断，且通过CE端电压Vce判定IGBT实际的通断结果，并将上述通断结果作为反馈信号发送至上级驱动板；以及
步骤S3，上级驱动板将自CE端电压Vce获得的IGBT通断结果与所述反馈信号中的通断结果比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，
所述步骤S2中下级驱动板获得PWM驱动信号驱动相应IGBT通断，且通过CE端电压Vce判定IGBT实际的通断结果，并将上述通断结果作为反馈信号发送至上级驱动板的方法包括：
根据电压Vce设定通、断阈值；
根据PWM驱动信号确定IGBT通、断的指令起始时间；
生成对应的开关波形图作为反馈信号，即
从相应指令起始时间至电压Vce满足对应阈值时的时间作为开关波形图的脉宽。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，
所述通、断阈值的取值相同，且分别对应两个阈值，即0.75Udc和0.25Udc。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，
所述步骤S3中上级驱动板将自CE端电压Vce获得的IGBT通断结果与所述反馈信号中的通断结果比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐的方法包括：
计算通断结果的时间差值，并计算时间差率；
当时间差率大于第一预设值时，上级驱动板发送的PWM驱动信号滞后β倍的时间差值；以及
当时间差率小于第二预设值时，上级驱动板发送的PWM驱动信号超前β倍的时间差值；其中
β为PWM调整系数。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，
所述时间差值的计算公式为ΔTackm=主Tackm- 从Tackm；以及
所述时间差率的计算公式为Pm=ΔTackm/主Tackm；其中
主Tackm为上级驱动板的各脉冲宽度，从Tackm为下级驱动板的各脉冲宽度，m取值为自然数，以对应第m个脉冲。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，
当若干驱动板级联时，其中
作为下级驱动板向其上级驱动板对齐，以使各级联驱动板对应的IGBT通断时间对齐。
7.一种用于主从式驱动板的IGBT并联同步均流控制系统，其特征在于，包括：
上级驱动板和下级驱动板；其中
下级驱动板获得上级驱动板发送PWM驱动信号驱动相应IGBT通断，且通过CE端电压Vce判定IGBT实际的通断结果，并将上述通断结果作为反馈信号发送至上级驱动板；
上级驱动板将自CE端电压Vce获得的IGBT通断结果与所述反馈信号中的通断结果比较以使上、下级驱动板相应的IGBT通断时间对齐。
8.根据权利要求7所述的IGBT并联同步均流控制系统，其特征在于，
所述下级驱动板内设有从控制模块；
所述从控制模块适于根据电压Vce设定通、断阈值，根据PWM驱动信号确定IGBT通、断的指令起始时间，并生成对应的开关波形图作为反馈信号，即
从相应指令起始时间至电压Vce满足对应阈值时的时间作为开关波形图的脉宽；以及
所述通、断阈值的取值相同，且分别对应两个阈值，即0.75Udc和0.25Udc。
9.根据权利要求8所述的IGBT并联同步均流控制系统，其特征在于，
所述上级驱动板内设有主控制模块；
所述主控制模块适于计算通断结果的时间差值，并计算时间差率，且当时间差率大于第一预设值时，上级驱动板发送的PWM驱动信号滞后β倍的时间差值；以及当时间差率小于第二预设值时，上级驱动板发送的PWM驱动信号超前β倍的时间差值；其中
β为PWM调整系数。
10.根据权利要求9所述的IGBT并联同步均流控制系统，其特征在于，
所述时间差值的计算公式为ΔTackm=主Tackm-从Tackm；以及
所述时间差率的计算公式为Pm=ΔTackm/主Tackm；其中
主Tackm为上级驱动板的各脉冲宽度，从Tackm为下级驱动板的各脉冲宽度，m取值为自然数，以对应第m个脉冲。
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