CN202923416U - 电力机车牵引控制单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的电力机车牵引控制单元，通过外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，将驱动控制信号发送给FPGA芯片，FPGA芯片同时接收作为主处理芯片的DSP芯片发送的控制指令，FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断，当判断结果为驱动控制信号未存在故障时，根据控制指令向电力机车中IGBT输出驱动脉冲。本实用新型通过FPGA芯片对控制驱动脉冲发送的驱动控制信号进行判断，当FPGA芯片判断出驱动控制信号不存在故障时，FPGA芯片发送驱动脉冲给IGBT，以驱动IGBT进行工作；当FPGA芯片判断出驱动控制信号存在故障时，FPGA中断发送驱动脉冲，避免在电力机车突发故障的情况下对IGBT的毁坏，从而可以降低IGBT的烧毁率。

Description

电力机车牵引控制单元

技术领域

本实用新型涉及车辆控制技术，尤其涉及一种电力机车牵引控制单元。 

背景技术

随着交通运输行业的迅速发展，电力机车的需要也不断增加，但是，关于电力机车牵引控制单元的中央处理器（Central Processing Unit，简称为CPU）的研究相对较少。目前，电力机车牵引控制单元CPU的控制模式主要分为三类：基于数字信号处理（Digital Signal Processing，简称为DSP）芯片作为主处理芯片，单片机作为协同处理芯片的控制模式；基于瑞萨（RENESAS）系列的芯片作为CPU的主处理芯片，单片机作为协同处理芯片和基于DSP芯片作为CPU的主处理芯片，现场可编程门阵列（Field-Programmable GateArray，简称为FPGA）芯片作为协同处理芯片。 

在实际的应用中，现有技术中基于DSP芯片作为CPU的主处理芯片，FPGA作为协同处理芯片的控制模式存在绝缘栅双极型晶体管（Insulated GateBipolar Transistor，简称为IGBT）烧毁率高的问题。 

实用新型内容

本实用新型提供一种电力机车牵引控制单元，用以解决现有技术中基于DSP作为CPU的主处理芯片，FPGA作为协同处理芯片的控制模式存在IGBT烧毁率高的问题。 

为了实现上述目的，本实用新型提供一种电力机车牵引控制单元，包括： 

作为主处理芯片的数字信号处理DSP芯片、作为协同处理芯片的现场可编程门阵列FPGA芯片以及对所述电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，发送所述驱动控制信号给所述FPGA芯片的外围处理芯片； 

所述FPGA芯片包括：用于与所述DSP芯片进行通信的微处理器接口、用于接收所述驱动控制信号，对所述驱动控制信号进行故障判断，将判断结 果发送给脉冲宽度调制PWM信号模块的故障判断模块以及用于在所述故障判断模块的判断结果为所述驱动控制信号未存在故障时，根据所述DSP芯片通过所述微处理器接口发送的控制指令，向所述电力机车中的绝缘栅双极型晶体管IGBT输出驱动脉冲的所述PWM信号模块；其中，所述驱动控制信号是指使所述PWM信号模块根据所述控制指令向所述IGBT输出所述驱动脉冲的信号； 

其中，所述故障判断模块与所述外围处理芯片和所述PWM信号模块连接；所述PWM信号模块还与所述IGBT连接。 

如上所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括模数转换AD模块，所述驱动控制信号包括：所述AD模块对所述电力机车输入及输出的模拟量信号进行模数转换输出的数字信号； 

所述FPGA芯片还包括：用于对所述AD模块输出的数字信号进行滤波得到第一信号，并将所述第一信号发送给所述故障判断模块的数字滤波模块； 

所述数字滤波模块与所述AD模块和所述故障判断模块连接。 

如上所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括：电平转换模块，所述驱动控制信号包括：所述电平转换模块对所述电力机车输入及输出的数字量信号进行电平转换得到的转换信号； 

所述电平转换模块和所述故障判断模块连接。 

如上所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括IGBT状态反馈模块，所述驱动控制信号包括：所述IGBT状态反馈模块对所述IGBT的工作状态进行检测获得的状态信号； 

所述FPGA还包括：用于对所述IGBT状态反馈模块输出的状态信号，进行逻辑处理，得到第二信号，将所述第二信号发送给所述故障判断模块的逻辑处理模块； 

所述逻辑处理模块与所述IGBT状态反馈模块和所述故障判断模块连接。 

如上所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括电源模块，所述驱动控制信号包括：所述电源模块输出的电源信号；所述故障判断模块还与所述电源模块连接。 

如上所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括信号配置模块，所述驱动控制信号包括：所述信号配置模块输出的配置信 号；所述故障判断模块还与所述信号配置模块连接。 

本实用新型提供的电力机车牵引控制单元，通过外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，将驱动控制信号发送给FPGA芯片，该FPGA芯片同时接收作为主处理芯片的DSP芯片发送的控制指令，该驱动控制信号用于使该FPGA根据控制指令输出驱动脉冲；该FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断，当判断结果为驱动控制信号未存在故障时，根据控制指令向电力机车中的IGBT输出驱动脉冲。本实用新型通过FPGA芯片对控制驱动脉冲发送的驱动控制信号进行判断，当FPGA芯片判断出驱动控制信号不存在故障时，FPGA芯片发送驱动脉冲给IGBT，以驱动IGBT进行工作，而当FPGA芯片判断出驱动控制信号存在故障时，FPGA芯片则中断驱动脉冲的发送，避免在电力机车出现过压、过流或程序错误运行导致的IGBT上下桥臂直通等突发情况下对IGBT的毁坏，从而可以降低IGBT的烧毁率。 

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种电力机车牵引控制单元结构示意图； 

图2为本实用新型实施例提供的另一种电力牵引控制单元结构示意图； 

图3为本实用新型实施例提供的一种电力机车牵引控制单元的控制方法示意图。 

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。 

图1为本实用新型实施例提供的一种电力机车牵引控制单元结构示意图。如图1所示，该牵引控制单元包括：作为主处理芯片的DSP芯片10、作为协同处理芯片的FPGA芯片20以及对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，发送驱动控制信号给FPGA芯片20的外围处理芯片30。其中，FPGA芯片20包括：用于与DSP芯片10进行通信的微处理器接口21、用于接收驱动控制信号，对驱动控制信号进行故障判断，将判断结果 发送给脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称为PWM）信号模块23的故障判断模块22以及用于在故障判断模块22的判断结果为驱动控制信号未存在故障时，根据DSP芯片10通过微处理器接口21发送的控制指令，向电力机车中的IGBT输出驱动脉冲的PWM信号模块23；其中，驱动控制信号是指使PWM信号模块23根据控制指令向IGBT输出驱动脉冲的信号。 

具体地，DSP芯片10与电力机车连接，作为牵引控制单元的主处理芯片，实现牵引控制单元核心算法的运算，例如，可以实现牵引控制单元的矢量控制以及直接转矩控制。DSP芯片10还通过微处理器接口21与FPGA芯片20连接，通过该微处理器接口21向FPGA芯片20中的PWM信号模块23发送控制指令，以使该PWM信号模块23根据控制指令进行相应的处理。关于DSP芯片10完成核心算法运算的相关内容可以参见现有技术中的相关记载，此处不再赘述。 

其中，外围处理芯片30与电力机车连接，采集电力机车的输入及输出信号，并对采集到的数据进行相应的处理，得到驱动控制信号，例如，外围处理芯片30可以对电力机车牵引控制单元中电流、电压等模拟信号在进入FPGA芯片20之前，进行高频率滤波处理，还可以对电力机车牵引控制单元输入及输出的数字量信号进行电压转换等处理。该外围处理芯片30还与FPGA芯片20连接，将驱动控制信号输入到FPGA芯片20中的故障判断模块22。故障判断模块22对驱动控制信号进行故障判断，并将判断结果发送给PWM信号模块23，例如，故障判断模块22可以对内部电源故障、复位状态检测、IGBT驱动状态信号、过温、过压、过流、欠压或欠流等模拟量信号检测。当故障判断模块22输出的判断结果为驱动控制信号未存在故障时，PWM信号模块23根据DSP芯片10通过微处理器接口21发送的控制指令，向电力机车中的IGBT器件输出驱动脉冲，以驱动IGBT器件的正常运行；而当故障判断模块22输出的判断结果为驱动控制信号发生故障时，PWM信号模块23停止向IGBT器件发送驱动脉冲，从而可以保证IGBT器件在工作过程中的安全性，避免在电力机车出现突发故障的情况下导致IGBT器件被破坏，达到降低IGBT的烧毁率的目的。优选地，本实施例中，故障判断模块22可以将驱动控制信号与预先设置的保护阈值进行比较，其中，该保护阈值可以根据电力机车的性能参数进行设置。当驱动控制信号高于保护阈值，说 明驱动控制信号发生故障，即电力机车中的某些部件存在故障，PWM信号模块23停止发送驱动脉冲，从而有效保护IGBT及其他高压器件；而当驱动控制信号低于或等于保护阈值，说明驱动控制信号不存在故障，PWM信号模块23正常发送驱动脉冲，以驱动IGBT，使IGBT可以正常工作。 

本实施例提供的电力机车牵引控制单元，通过外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，将驱动控制信号发送给FPGA芯片，FPGA芯片同时接收作为主处理芯片的DSP芯片发送的控制指令，该驱动控制信号用于使该FPGA芯片根据控制指令输出驱动脉冲；该FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断，当判断结果为驱动控制信号未存在故障时，根据控制指令向电力机车中的IGBT输出驱动脉冲。本实施例通过FPGA芯片对控制驱动脉冲发送的驱动控制信号进行故障判断，当FPGA芯片判断出驱动控制信号不存在故障时，FPGA芯片发送驱动脉冲给IGBT，以驱动IGBT进行工作，而当FPGA芯片判断出驱动控制信号存在故障时，FPGA芯片则中断驱动脉冲的发送，避免在电力机车出现过压、过流或程序错误运行导致的IGBT上下桥臂直通等突发情况下导致对IGBT的毁坏，从而可以降低IGBT的烧毁率。 

图2为本实用新型实施例提供的另一种电力机车牵引控制单元结构示意图。如图2所示，该牵引控制单元包括：作为主处理芯片的DSP芯片10、作为协同处理芯片的FPGA芯片20以及对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，发送驱动控制信号给FPGA芯片20的外围处理芯片30。 

具体地，DSP芯片10与电力机车连接，作为牵引控制单元的主处理芯片，实现牵引控制单元核心算法的运算，例如，可以实现牵引控制单元的矢量控制以及直接转矩控制。DSP芯片10还与FPGA芯片20连接，向FPGA芯片20发送控制指令，以使该PWM信号模块23根据控制指令进行相应的处理。关于DSP芯片10完成核心算法运算的相关内容可以参见现有技术中的相关记载，此处不再赘述。 

其中，FPGA芯片20的一种实现结构除了包括：微处理器接口21、故障判断模块22和PWM信号模块23之外，还可以包括以下模块中的任一个或其组合：对外围处理芯片30输出的数信号进行滤波处理，得到第一信号，将 第一信号发送给故障判断模块23的数字滤波模块24和对外围处理芯片30输出的IGBT的状态信号，进行逻辑处理，得到第二信号，将第二信号发送给故障判断模块22的逻辑处理模块25。相应的，外围处理芯片30可以包括：对电力机车输入及输出的模拟量信号，进行模数转换处理，输出数字信号的模数转换AD模块31和/或对电力机车输入及输出的数字量信号进行电平转换得到的转换信号，将转换信号发送给故障判断模块22的电平转换模块32。另外，外部处理芯片30除了包括AD模块31和电平转换模块32之外，还可以包括以下模块的任一个或其组合：对IGBT的工作状态进行检测，获得状态信号的IGBT状态反馈模块33、电源模块34和配置模块35。 

基于上述，在本实施例中，输入到故障判断模块22中的驱动控制信号包括但不限于以下任一个或其组合：AD模块31对电力机车输入及输出的模拟量信号进行模数转换输出的数字信号、电平转换模块32对电力机车输入及输出的数字量信号进行电平转换得到的转换信号、IGBT状态反馈模块33对IGBT的工作状态进行检测获得的状态信号、电源模块34输出的电源信号以及信号配置模块35输出的配置信号。 

其中，外围处理芯片30中AD模块31与数字滤波模块24连接，该AD模块31和对电力机车输入及输出的模拟量信号，进行模数转换，得到数字信号，将该数字信号发送给数字滤波模块24，该数字滤波模块24可以实现对输入的数字信号进行数字滤波，去除数字信号中的高频信号部分，得到第一信号。该数字滤波模块24还与故障判断模块22连接，将第一信号作为驱动控制信号发送给故障判断模块22，故障判断模块22对第一信号进行故障判断。当第一信号发生故障时，PWM信号模块23停止发送驱动脉冲，从而有效保护IGBT及其他高压器件。 

外围处理芯片30中电平转换模块32对电力机车输入及输出的数字量信号进行电平转换，得到转换信号，例如，由于FPGA芯片的电压为低电压，而电力机车输入及输出的电压为高电压，这样就需要电平转换模块32将电力机车输入及输出的高电压信号转换为低电压信号。电平转换模块32与故障判断模块22连接，电平转换模块32将转换信号作为驱动控制信号输入到故障判断模块22中，故障判断模块22对转换信号进行故障判断。当转换信号发生故障时，PWM信号模块23停止发送驱动脉冲，从而有效保护IGBT及其 他高压器件。 

进一步地，外围处理芯片30中的IGBT状态反馈模块33与IGBT连接，对IGBT的工作状态进行检测，获得IGBT的状态信号，IGBT状态反馈模块33还与FPGA芯片20中的逻辑处理模块25连接，将IGBT的状态信号发送给逻辑处理模块25。逻辑处理模块25与故障判断模块22连接，逻辑处理模块25对状态信号进行逻辑处理，得到第二信号，具体地，逻辑处理模块25可以将该状态信号中规则或不规则的脉冲信号处理成高、低电平。该逻辑处理模块25并将第二信号作为驱动控制信号发送给故障判断模块22，故障判断模块22对状态信号进行故障判断。当第二信号发生故障时，PWM信号模块23停止发送驱动脉冲，从而有效保护IGBT及其他高压器件。可选地，逻辑处理模块25还可以锁存第二信号。 

更进一步地，外围处理芯片30中的电源模块34与电力机车连接，获取电力机车输出的电源信号，电源模块34还与故障判断模块22连接，将获取的电源信号作为驱动控制信号发送给故障判断模块22，故障判断模块22对电源信号进行故障判断。例如，当电源模块34正常工作时，输出的电源信号为一个高电平，而当电源模块34发生故障时，输出的电源信号一个低电平信号，故障判断模块22通过对该电源信号的电平值进行与预设的电平值进行比较，当该电源信号的电平值高于预设的电平值时，说明该电源信号为一个高电平信号，则故障判断模块22判定该电源信号不存在故障，而当该电源信号的电平值低于预设的电平值时，说明该电源信号为一个低电平信号，则故障判断模块22判定该电源信号存在故障，PWM信号模块则停止发送驱动脉冲，可以对IGBT器件起到保护的作用。外围处理芯片30中的信号配置模块35与故障判断模块22连接，信号配置模块35将配置信号作为驱动控制信号发送给故障判断模块22，故障判断模块22对配置信号进行故障判断。该配置信号为根据电力机车的实际工作情况进行设定的，如，设定的电力机车的输入电压、电流、输出电压、电流、电机温度、主变压器温度、水温或水压等配置信号。具体地，故障判断模块22可以将配置信号与预设的保护值进行比较，当配置信号大于预设的保护值时，判断为该配置信号发生故障时，PWM信号模块23停止发送驱动脉冲，从而有效保护IGBT及其他高压器件。 

在本实施中，当故障判断模块22对五个驱动控制信号进行判断后，如果 判断出五个驱动控制信号中的至少一个驱动控制信号存在故障，说明电力机车出现故障，PWM信号模块23停止向IGBT发送驱动脉冲，避免IGBT在电力机车出现突发故障的情况下被损坏，可以降低IGBT的烧毁率。本实施例中，只有当故障判断模块22输出的判断结果为五个驱动控制信号均不存在故障时，PWM信号模块23才可以根据DSP芯片10发送来的控制指令，向IGBT发送驱动脉冲，以驱动IGBT正常工作。本实施例中，在驱动脉冲到达IGBT之前，可以根据IGBT的相关参数，例如最小导关闭时间、频率等，对驱动脉冲进行处理，使得输入到IGBT的驱动脉冲达到最佳，从而可以更好保护IGBT器件。进一步地，当故障判断模块22判断出其中一个驱动控制信号不存在故障时，还可以将不存在故障的驱动控制信号发送通过微处理器接口21发送给DSP芯片10，以使DSP芯片10进行相关运算处理。 

可选地，FPGA芯片20中还可以设置一个寄存器模块，用于存储驱动控制信号，以便于后续查询或调用。进一步地，FPGA芯片20还可以包括一个数字量输出模块，该数字量出模块可以接收DSP芯片10发送过的继电器控制指令，该数字量输出模块将该继电器控制指令进行解码，输出逻辑电平以控制电力机车中继电器的吸合和断开，例如，低电平断开，高电平吸合。 

本实施例提供的电力机车牵引控制单元，通过外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，将驱动控制信号发送给FPGA芯片，FPGA芯片同时接收作为主处理芯片的DSP芯片发送的控制指令，该驱动控制信号用于使该FPGA芯片根据控制指令输出驱动脉冲；该FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断，当判断结果为驱动控制信号未存在故障时，根据控制指令向电力机车中的IGBT输出驱动脉冲。本实施例通过FPGA芯片对控制驱动脉冲发送的驱动控制信号进行故障判断，当FPGA芯片判断出驱动控制信号不存在故障时，FPGA芯片发送驱动脉冲给IGBT，以驱动IGBT进行工作，而当FPGA芯片判断出驱动控制信号存在故障时，FPGA芯片则中断驱动脉冲的发送，避免在电力机车出现过压、过流或程序错误运行导致的IGBT上下桥臂直通等突发情况下导致对IGBT的毁坏，从而可以降低IGBT的烧毁率。 

进一步地，由于FPGA具有高速率、扩展性强、保密性好等特点，因此，FPGA可以取代传统的模拟电路。本实施例中，还通过利用FPGA强大的数 据处理能力，可以完成外部逻辑控制、驱动脉冲触发及死区控制等功能，从而大大节省了DSP的资源，而且DSP可以只作为主处理芯片用于实现牵引控制单元核心算法处理，从而可以提高牵引控制系统CPU控制系统的集成度，增强了CPU系统的稳定性。 

图3为本实用新型实施例提供的一种电力机车牵引控制单元的控制方法示意图。如图3所示，该电力机车牵引控制单元的控制方法包括如下步骤： 

301、外围处理芯片对所述电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，发送所述驱动控制信号给现场可编程门阵列FPGA芯片。 

外围处理芯片与电力机车连接，采集电力机车的输入及输出信号，并对采集到的数据进行相应的处理，得到驱动控制信号，例如，外围处理芯片可以对电力机车牵引控制单元中电流、电压等模拟信号在进入FPGA芯片之前，进行高频率滤波处理，还可以对电力机车牵引控制单元输入及输出的数字量信号进行电压转换等处理。该外围处理芯片还与FPGA芯片连接，将驱动控制信号输入到FPGA芯片中的故障判断模块。 

302、数字信号处理DSP芯片向所述FPGA芯片发送控制指令，并实现所述牵引控制单元的核心算法处理。 

DSP芯片与电力机车连接，作为牵引控制单元的主处理芯片，实现牵引控制单元核心算法的运算，例如，可以实现牵引控制单元的矢量控制以及直接转矩控制。DSP芯片还通过FPGA芯片中的微处理器接口与该FPGA芯片连接，通过该微处理器接口向FPGA芯片中的PWM信号模块发送控制指令，以使该PWM信号模块根据控制指令进行相应的处理。关于DSP芯片完成核心算法运算的相关内容可以参见现有技术中的相关记载，此处不再赘述。 

303、所述FPGA芯片对所述驱动控制信号进行故障判断，当判断结果为所述驱动控制信号未存在故障时，根据所述控制指令向所述电力机车中的绝缘栅双极型晶体管IGBT输出驱动脉冲；其中，所述驱动控制信号是指使所述FPGA芯片根据所述控制指令输出所述驱动脉冲的信号。 

FPGA芯片中的故障判断模块接收步骤301发生来的驱动控制信号，故障判断模块对驱动控制信号进行故障判断，并将判断结果发送给该FPGA芯片中的PWM信号模块，例如，故障判断模块可以对内部电源故障、复位状态检测、IGBT驱动状态信号、过温、过压、过流、欠压或欠流等模拟量信号 检测。当故障判断模块输出的判断结果为驱动控制信号未存在故障时，PWM信号模块根据DSP芯片通过微处理器接口发送的控制指令，向电力机车中的IGBT器件输出驱动脉冲，以驱动IGBT器件的正常运行；而当故障判断模块输出的判断结果为驱动控制信号发生故障时，PWM信号模块停止向IGBT器件发送驱动脉冲，从而可以保证IGBT器件在工作过程中的安全性，避免在电力机车出现突发故障的情况下导致IGBT器件被破坏，达到降低IGBT的烧毁率的目的。 

优选地，本实施例中，故障判断模块可以将驱动控制信号与预先设置的保护阈值进行比较，其中，该保护阈值可以根据电力机车的性能参数进行设置。当驱动控制信号高于保护阈值，说明驱动控制信号发生故障，即电力机车中的某些部件存在故障，PWM信号模块停止发送驱动脉冲，从而有效保护IGBT及其他高压器件；而当驱动控制信号低于保护阈值，说明驱动控制信号不存在故障，PWM信号模块正常发送驱动脉冲，以驱动IGBT的正常工作。 

本实施例提供的电力机车牵引控制单元，通过外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，将驱动控制信号发送给FPGA芯片，FPGA芯片同时接收作为主处理芯片的DSP芯片发送的控制指令，该驱动控制信号用于使该FPGA芯片根据控制指令输出驱动脉冲；该FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断，当判断结果为驱动控制信号未存在故障时，根据控制指令向电力机车中的IGBT输出驱动脉冲。本实施例通过FPGA芯片对控制驱动脉冲发送的驱动控制信号进行故障判断，当FPGA芯片判断出驱动控制信号不存在故障时，FPGA芯片发送驱动脉冲给IGBT，以驱动IGBT进行工作，而当FPGA芯片判断出驱动控制信号存在故障时，FPGA芯片则中断驱动脉冲的发送，避免在电力机车出现过压、过流或程序错误运行导致的IGBT上下桥臂直通等突发情况下导致对IGBT的毁坏，从而可以降低IGBT的烧毁率。 

具体地，在本实施例中，输入到FPGA芯片中的故障判断模块的驱动控制信号包括但不限于以下任一个或其组合：外围处理芯片中的AD模块对电力机车输入及输出的模拟量信号进行模数转换输出的数字信号、外围处理芯片中的电平转换模块对电力机车输入及输出的数字量信号进行电平转换得到的转换信号、外围处理芯片中的IGBT状态反馈模块对IGBT的工作状态进行 检测获得的状态信号、外围处理芯片中的电源模块输出的电源信号以及外围处理芯片中的信号配置模块输出的配置信号。 

其中，如果外围处理芯片包括模数转换AD模块，则驱动控制信号包括：AD模块对电力机车输入及输出的模拟量信号进行模数转换输出的数字信号。基于此，外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，发送驱动控制信号给作为协同处理芯片的FPGA芯片的过程包括：AD模块对电力机车输入及输出的模拟量信号进行模数转换输出数字信号，将该数字信号发送给FPGA芯片。相应地，FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断包括：FPGA芯片对该数字信号进行滤波得到第一信号，判断该第一信号是否存在故障。具体的，AD模块与FPGA芯片中的数字滤波模块连接，该AD模块和对电力机车输入及输出的模拟量信号，进行模数转换，得到数字信号，将该数字信号发送给数字滤波模块，该数字滤波模块可以实现对输入的数字信号进行数字滤波，去除数字信号中的高频信号部分，得到第一信号。该数字滤波模块还与故障判断模块连接，将第一信号作为驱动控制信号发送给故障判断模块，故障判断模块对第一信号进行故障判断。当第一信号发生故障时，PWM信号模块停止发送驱动脉冲，从而有效保护IGBT及其他高压器件。 

如果外围处理芯片包括电平转换模块，则驱动控制信号包括：电平转换模块对电力机车输入及输出的模拟量信号进行模数转换输出的数字信号。基于此，外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，发送驱动控制信号给作为协同处理芯片的FPGA芯片的过程包括：电平转换模块将电力机车输入及输出的数字量信号进行电平转换，得到转换信号，将该转换信号发送给FPGA芯片；相应地，FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断包括：FPGA芯片判断该转换信号是否存在故障。具体的，电平转换模块对电力机车输入及输出的数字量信号进行电平转换，得到转换信号，例如，由于FPGA芯片的电压为低电压，而电力机车输入及输出的电压为高电压，这样就需要电平转换模块将电力机车输入及输出的高电压信号转换为低电压信号。电平转换模块与故障判断模块连接，电平转换模块将转换信号作为驱动控制信号输入到故障判断模块中，故障判断模块对转换信号进行故障判断。当转换信号发生故障时，PWM信号模块停止发送驱动脉冲，从 而有效保护IGBT及其他高压器件。 

进一步地，如果外围处理芯片包括IGBT状态反馈模块，则驱动控制信号包括：IGBT状态反馈模块对IGBT的工作状态进行检测获得的状态信号。基于此，外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，发送驱动控制信号给作为协同处理芯片的FPGA芯片的过程包括：IGBT状态反馈模块对IGBT的工作状态进行检测，获得状态信号，将该状态信号发送给FPGA芯片；相应地，FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断包括：FPGA芯片对该状态信号进行逻辑处理，得到第二信号，判断该第二信号是否存在故障。具体地，IGBT状态反馈模块与IGBT连接，对IGBT的工作状态进行检测，获得IGBT的状态信号。IGBT状态反馈模块还与FPGA芯片中的逻辑处理模块连接，将IGBT的状态信号发送给逻辑处理模块。逻辑处理模块与故障判断模块连接，逻辑处理模块对状态信号进行逻辑处理，得到第二信号，具体地，逻辑处理模块可以将该状态信号中规则或不规则的脉冲信号处理成高、低电平。逻辑处理模块并将第二信号作为驱动控制信号发送给故障判断模块，故障判断模块对状态信号进行故障判断。当第二信号发生故障时，PWM信号模块停止发送驱动脉冲，从而有效保护IGBT及其他高压器件。可选地，逻辑处理模块还可以锁存第二信号。 

更进一步地，如果外围处理芯片包括电源模块，则驱动控制信号包括：电源模块输出的电源信号。基于此，外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，发送驱动控制信号给作为协同处理芯片的FPGA芯片的过程包括：电源模块将电源信号发送给FPGA芯片；相应地，FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断包括：FPGA芯片判断该电源信号是否存在故障。具体地，电源模块与电力机车连接，获取电力机车输出的电源信号，电源模块还与故障判断模块连接，将获取的电源信号作为驱动控制信号发送给故障判断模块，故障判断模块对电源信号进行故障判断。例如，当电源模块正常工作时，输出的电源信号为一个高电平，而当电源模块发生故障时，输出的电源信号一个低电平信号，故障判断模块通过对该电源信号的电平值进行与预设的电平值进行比较，当该电源信号的电平值高于预设的电平值时，说明该电源信号为一个高电平信号，则故障判断模块判定该电源信号不存在故障，而当该电源信号的电平值低于预设的电平值时，说明该电源 信号为一个低电平信号，则故障判断模块判定该电源信号存在故障，PWM信号模块则停止发送驱动脉冲，可以对IGBT器件起到保护的作用。 

如果外围处理芯片包括信号配置模块，则驱动控制信号包括：信号配置模块输出的配置信号。基于此，外围处理芯片对电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，发送驱动控制信号给作为协同处理芯片的FPGA芯片的过程包括：信号配置模块将配置信号发送给FPGA芯片；相应地，FPGA芯片对驱动控制信号进行故障判断包括：FPGA芯片判断该配置信号是否存在故障。信号配置模块与故障判断模块连接，将配置信号作为驱动控制信号发送给故障判断模块，故障判断模块对配置信号进行故障判断。该配置信号为根据电力机车的实际工作情况进行设定的，如，设定的电力机车的输入电压、电流、输出电压、电流、电机温度、主变压器温度、水温或水压等配置信号。具体地，故障判断模块22可以将配置信号与预设的保护值进行比较，当配置信号大于预设的保护值时，判断为该配置信号发生故障时，PWM信号模块23停止发送驱动脉冲，从而有效保护IGBT及其他高压器件。 

可选地，FPGA芯片还可以存储驱动控制信号，以便于后续查询或调用。进一步地，FPGA芯片还可以接收DSP芯片发送过的继电器控制指令，该数字量输出模块将该继电器控制指令进行解码，输出逻辑电平以控制电力机车中继电器的吸合和断开，例如，低电平断开，高电平吸合。 

在本实施中，当故障判断模块对五个驱动控制信号进行判断后，如果判断出五个驱动控制信号中的至少一个驱动控制信号存在故障，说明电力机车出现故障，PWM信号模块停止向IGBT发送驱动脉冲，避免IGBT在电力机车出现突发故障的情况下被损坏，可以降低IGBT的烧毁率。本实施例中，只有当故障判断模块输出的判断结果为五个驱动控制信号均不存在故障时，PWM信号模块才可以根据DSP芯片发送来的控制指令，向IGBT发送驱动脉冲，以驱动IGBT正常工作。本实施例中，在驱动脉冲到达IGBT之前，可以根据IGBT的相关参数，例如最小导关闭时间、频率等，对驱动脉冲进行处理，使得输入到IGBT的驱动脉冲达到最佳，从而可以更好保护IGBT器件。进一步地，当故障判断模块判断出其中一个驱动控制信号不存在故障时，还可以将不存在故障的驱动控制信号发送通过微处理器接口发送给DSP芯片，以使DSP芯片进行相关运算处理。 

进一步地，由于FPGA具有高速率、扩展性强、保密性好等特点，因此，FPGA可以取代传统的模拟电路。本实施例中，还通过利用FPGA强大的数据处理能力，可以完成外部逻辑控制、驱动脉冲触发及死区控制等功能，从而大大节省了DSP的资源，而且DSP可以只作为主处理芯片用于实现牵引控制单元核心算法处理，从而可以提高牵引控制系统CPU控制系统的集成度，增强了CPU系统的稳定性。 

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。 

Claims (6)

1.一种电力机车牵引控制单元，其特征在于，包括：作为主处理芯片的数字信号处理DSP芯片、作为协同处理芯片的现场可编程门阵列FPGA芯片以及对所述电力机车的输入及输出信号进行处理，得到驱动控制信号，并发送所述驱动控制信号给所述FPGA芯片的外围处理芯片；

所述FPGA芯片包括：用于与所述DSP芯片进行通信的微处理器接口、用于接收所述驱动控制信号，对所述驱动控制信号进行故障判断，将判断结果发送给脉冲宽度调制PWM信号模块的故障判断模块以及用于在所述故障判断模块的判断结果为所述驱动控制信号未存在故障时，根据所述DSP芯片通过所述微处理器接口发送的控制指令，向所述电力机车中的绝缘栅双极型晶体管IGBT输出驱动脉冲的所述PWM信号模块；其中，所述驱动控制信号是指使所述PWM信号模块根据所述控制指令向所述IGBT输出所述驱动脉冲的信号；

其中，所述故障判断模块与所述外围处理芯片和所述PWM信号模块连接；所述PWM信号模块还与所述IGBT连接。

2.根据权利要求1所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括模数转换AD模块，所述驱动控制信号包括：所述AD模块对所述电力机车输入及输出的模拟量信号进行模数转换输出的数字信号；

所述FPGA芯片还包括：用于对所述AD模块输出的数字信号进行滤波得到第一信号，并将所述第一信号发送给所述故障判断模块的数字滤波模块；

所述数字滤波模块与所述AD模块和所述故障判断模块连接。

3.根据权利要求1所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括：用于对所述电力机车输入及输出的数字量信号进行电平转换得到的转换信号，并将所述转换信号发送给所述故障判断模块的电平转换模块，所述驱动控制信号包括：所述电平转换模块对所述电力机车输入及输出的数字量信号进行电平转换得到的转换信号；

所述电平转换模块和所述故障判断模块连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括IGBT状态反馈模块，所述驱动控制信号包括：所述IGBT状态反馈模块对所述IGBT的工作状态进行检测获得的状态信号；

所述FPGA还包括：用于对所述IGBT状态反馈模块输出的状态信号，进行逻辑处理，得到第二信号，将所述第二信号发送给所述故障判断模块的逻辑处理模块；

所述逻辑处理模块与所述IGBT状态反馈模块和所述故障判断模块连接。

5.根据权利1或2或3所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括电源模块，所述驱动控制信号包括：所述电源模块输出的电源信号；所述故障判断模块与所述电源模块连接。

6.根据权利1或2或3所述的电力机车牵引控制单元，其特征在于，所述外围处理芯片包括信号配置模块，所述驱动控制信号包括：所述信号配置模块输出的配置信号；所述故障判断模块与所述信号配置模块连接。

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