cpld在igbt驅(qū)動設(shè)計(jì)中的應(yīng)用new

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1、CPLD在IGBT驅(qū)動設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作者:華中理工大學(xué)(430074)侯志雄熊有倫來源:《電子技術(shù)應(yīng)用》摘要:介紹了一個實(shí)用IGBT驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換電路的CPLD設(shè)計(jì)并給出了該設(shè)計(jì)的仿真波形。關(guān)鍵詞:PWMCPLDIGBTVHDL自頂向下隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用越來越廣泛。如何打破國外產(chǎn)品的壟斷,已成為一個嚴(yán)肅的課題擺在我國工程技術(shù)人員的面前。在某型號大功率變頻調(diào)速裝置中,由于裝置的尺寸較大,考慮到結(jié)構(gòu)和散熱的條件,主控板上DSP產(chǎn)生的PWM信號需經(jīng)過較長的距離才能送到IGBT逆變單元中。為保證PWM信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性,必須解決

2、以下幾個問題:首先是抗干擾問題變頻器工作時,IGBT的開關(guān)動作會產(chǎn)生高頻干擾信號其次是如何保證PWM信號的前、后沿質(zhì)量,減少IGBT開關(guān)動作的過渡過程最后是如何減少布線電感,盡可能縮短PWM信號傳輸距離,避免過多的內(nèi)部連線。1總體設(shè)計(jì)原則上說,從觸發(fā)電路到IGBT柵極和發(fā)射極的引線應(yīng)做到既短又一致。但隨著變頻調(diào)速裝置功率的不斷增大,裝置的尺寸也在增大,散熱條件要求更高。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的種種原因,真正做到這點(diǎn)有很多實(shí)際困難。DSP產(chǎn)生的PWM信號既可以采用串行方式又能以并行方式進(jìn)行傳輸,但這兩種方式都有著各自的特點(diǎn)。采用并行方式傳輸信號(即每一個I

3、GBT模塊的柵控端都接一根信號線)會造成系統(tǒng)內(nèi)部接線過多、接地困難,抗干擾性大大降低,這種情況尤以采用了多重化、多電平技術(shù)的變頻裝置為甚。若利用串行方式,PWM信號的傳輸速率又受到介質(zhì)的極大限制。在目前諸多傳輸介質(zhì)中,只有光纖具有損耗低、頻帶寬、重量輕、不受電磁干擾等突出優(yōu)點(diǎn)。GI型光纖用LED做光源時,傳輸速率可達(dá)140Mbit/s,傳輸損耗可忽略不計(jì)。IGBT的工作頻率通常很少用在15kHz以上,因此以異步串行方式高速傳輸PWM信號時,采用光纖作為傳輸介質(zhì)是唯一的選擇。在串行的PWM信號送到IGBT的柵控端之前,還需將該信號轉(zhuǎn)化為并行形式。盡

4、管采用普通的串/并轉(zhuǎn)換芯片可以實(shí)現(xiàn)上述功能,但這些芯片的最高工作頻率有限,如74166的最高工作頻率為35MHz,對于目前廣泛采用多重化和多電平技術(shù)的變頻裝置來講,這種工作頻率顯然有著較大的局限性。尤其是在實(shí)時性、快速性要求甚高的電機(jī)控制領(lǐng)域,不可能采用應(yīng)答方式完成信號的傳輸,因此接收端需要有較強(qiáng)的糾錯和容錯能力。若采用普通的芯片,難以只用一兩片芯片完成上述功能。但CPLD具有極強(qiáng)的靈活性,內(nèi)含128個宏單元,最高工作頻率可達(dá)167MHz(以CypressCY37128為例),可以只用一兩片芯片就能完成較復(fù)雜的邏輯功能,因此CPLD與光纖的結(jié)合是

5、解決大功率變頻器中信號傳輸?shù)淖詈眠x擇。系統(tǒng)信號流程圖如圖1所示。2通訊方案異步串行格式的一個數(shù)據(jù)幀包括1位起始位和8位數(shù)據(jù)位,最后是停止位。起始位規(guī)定為0,8位數(shù)據(jù)位由高到低順次發(fā)送,前7位組成1個編碼字符,第八位為奇偶校驗(yàn)位。停止位可以選擇1位、1位、2位。從系統(tǒng)實(shí)際要求出發(fā),我們對標(biāo)準(zhǔn)的異步串行格式進(jìn)行了修改,將三相PWM信號進(jìn)行編碼,用以下數(shù)據(jù)格式發(fā)送到信號轉(zhuǎn)換單元:0-a3c3a2c2a1c1-V-1111。其中0為起始位,a1、a2、a3分別對應(yīng)三相逆變橋每個橋臂的柵控信號,c1、c2、c3分別對應(yīng)三相逆變橋每個橋臂的封鎖信號,V是一位

6、校驗(yàn)位,最后四個1為結(jié)束標(biāo)志位。信號轉(zhuǎn)換單元的CPLD接收到該信號后,將此串行PWM信號轉(zhuǎn)換為并行形式。另一方面,為保證逆變單元能夠正常工作,還需將逆變單元故障信號送到上位機(jī)以供故障診斷。故障信號以以下串行編碼格式送出:0-a1a2a3a4a5a6-V-1111,0為起始位,a1、a2、a3分別對應(yīng)每個橋臂的驅(qū)動故障信號,a4為過熱信號,a5、a6為通訊故障信號,V為校驗(yàn)位,最后四個1為結(jié)束標(biāo)志位。上位機(jī)板上的CPLD將此信號轉(zhuǎn)換為并行形式。事實(shí)上,PWM信號和故障信號的處理過程是相同的。對于異步串行通訊,通常要保證發(fā)送的信號在接收端能被正確接收

7、,往往采用兩類同步處理辦法:一類是使用硬件手段實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的部分功能;另一類是使用各種短小的幀來實(shí)現(xiàn)通信功能。在本系統(tǒng),由于實(shí)時控制對時間的要求,不可能采用上述形式的通訊方案。因此根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要,數(shù)據(jù)傳輸采用起止式同步方案,即用“0”代表起信號,“1”代表止信號。在不發(fā)送信息時,一直發(fā)送止信號。第一個由“1”到“0”的轉(zhuǎn)換表示字符的開始收端檢測到這個轉(zhuǎn)換后控制位時鐘輸出,以便對接受信號進(jìn)行碼位中點(diǎn)取樣判決。針對系統(tǒng)的實(shí)際要求,為確保數(shù)據(jù)通訊的正確性,在正常工作以前,DSP模塊必須向信號轉(zhuǎn)換單元固定發(fā)送一個標(biāo)志字。只有當(dāng)信號轉(zhuǎn)換單元連續(xù)幾次正確收

8、到標(biāo)志字后,才能建立正常通訊。在正常通訊時,為避免隨機(jī)干擾的作用,只有在連續(xù)出現(xiàn)多次幀錯誤的情況下,信號轉(zhuǎn)換單元才向上位機(jī)發(fā)出通訊故障信

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