CPLD在IGBT驱动设计中的应用

作者：华中理工大学（430074） 侯志雄 熊有伦 来源：《电子技术应用》 摘要：介绍了一个实用ｉｇｂｔ驱动信号转换电路的ｃｐｌｄ设计?并给出了该设计的仿真波形。 关键词：ｐｗｍ ｃｐｌｄ ｉｇｂｔ ｖｈｄｌ 自顶向下 随着国民经济的不断发展，变频调速装置的应用越来越广泛。如何打破国外产品的垄断，已成为一个严肃的课题摆在我国工程技术人员的面前。 在某型号大功率变频调速装置中，由于装置的尺寸较大，考虑到结构和散热的条件，主控板上ｄｓｐ产生的ｐｗｍ信号需经过较长的距离才能送到ｉｇｂｔ逆变单元中。为保证ｐｗｍ信号传输的准确性和可靠性，必须解决以下几个问题：首先是抗干扰问题?变频器工作时，ｉｇｂｔ的开关动作会产生高频干扰信号??其次是如何保证ｐｗｍ信号的前、后沿质量，减少ｉｇｂｔ开关动作的过渡过程?最后是如何减少布线电感，尽可能缩短ｐｗｍ信号传输距离，避免过多的内部连线。 1 总体设计 原则上说，从触发电路到ｉｇｂｔ栅极和发射极的引线应做到既短又一致。但随着变频调速装置功率的不断增大，装置的尺寸也在增大，散热条件要求更高。由于结构设计上的种种原因，真正做到这点有很多实际困难。 ｄｓｐ产生的ｐｗｍ信号既可以采用串行方式又能以并行方式进行传输，但这两种方式都有着各自的特点。采用并行方式传输信号（即每一个ｉｇｂｔ模块的栅控端都接一根信号线）会造成系统内部接线过多、接地困难，抗干扰性大大降低，这种情况尤以采用了多重化、多电平技术的变频装置为甚。若利用串行方式，ｐｗｍ信号的传输速率又受到介质的极大限制。在目前诸多传输介质中，只有光纤具有损耗低、频带宽、重量轻、不受电磁干扰等突出优点。ｇｉ型光纤用ｌｅｄ做光源时，传输速率可达１４０ｍｂｉｔ／ｓ，传输损耗可忽略不计。ｉｇｂｔ的工作频率通常很少用在１５ｋｈｚ以上，因此以异步串行方式高速传输ｐｗｍ信号时，采用光纤作为传输介质是唯一的选择。 在串行的ｐｗｍ信号送到ｉｇｂｔ的栅控端之前，还需将该信号转化为并行形式。尽管采用普通的串／并转换芯片可以实现上述功能，但这些芯片的最高工作频率有限，如７４１６６的最高工作频率为３５ｍｈｚ，对于目前广泛采用多重化和多电平技术的变频装置来讲，这种工作频率显然有着较大的局限性。尤其是在实时性、快速性要求甚高的电机控制领域，不可能采用应答方式完成信号的传输，因此接收端需要有较强的纠错和容错能力。若采用普通的芯片，难以只用一两片芯片完成上述功能。但ｃｐｌｄ具有极强的灵活性，内含１２８个宏单元，最高工作频率可达１６７ｍｈｚ（以ｃｙｐｒｅｓｓ ｃｙ３７１２８为例），可以只用一两片芯片就能完成较复杂的逻辑功能，因此ｃｐｌｄ与光纤的结合是解决大功率变频器中信号传输的最好选择。系统信号流程图如图１所示。 2 通讯方案 异步串行格式的一个数据帧包括１位起始位和８位数据位，最后是停止位。起始位规定为０，８位数据位由高到低顺次发送，前７位组成１个编码字符，第八位为奇偶校验位。停止位可以选择１位、１位、２位。从系统实际要求出发，我们对标准的异步串行格式进行了修改，将三相ｐｗｍ信号进行编码，用以下数据格式发送到信号转换单元：０－ａ３ｃ３ａ２ｃ２ａ１ｃ１－ｖ－１１１１。其中０为起始位，ａ１、ａ２、ａ３分别对应三相逆变桥每个桥臂的栅控信号，ｃ１、ｃ２、ｃ３分别对应三相逆变桥每个桥臂的封锁信号，ｖ是一位校验位，最后四个１为结束标志位。信号转换单元的ｃｐｌｄ接收到该信号后，将此串行ｐｗｍ信号转换为并行形式。另一方面，为保证逆变单元能够正常工作，还需将逆变单元故障信号送到上位机以供故障诊断。故障信号以以下串行编码格式送出：０－ａ１ａ２ａ３ａ４ａ５ａ６－ｖ－１１１１，０为起始位，ａ１、ａ２、ａ３分别对应每个桥臂的驱动故障信号，ａ４为过热信号，ａ５、ａ