[發(fā)明專利]一種電機(jī)控制系統(tǒng)中的IPM驅(qū)動(dòng)和保護(hù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010204616.2
• 申請(qǐng)日: 2010-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101841231A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳學(xué)東;李小清;曾理湛;王俊;左昊誠(chéng);劉巍;王玉凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M1/08
• 分類號(hào): H02M1/08;H02M1/32
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種電機(jī)控制系統(tǒng)中的IPM的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)方法。

背景技術(shù)

智能功率模塊(IPM)是一種新型功率開(kāi)關(guān)器件，它集成了達(dá)林頓管(GTR)和場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)的優(yōu)點(diǎn)，把功率開(kāi)關(guān)器件隔離柵雙極晶體管(IGBT)及其驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，具有高耐壓、高輸入阻抗、高開(kāi)關(guān)頻率、低驅(qū)動(dòng)功率等優(yōu)點(diǎn)，而且IPM內(nèi)部還裝有欠電壓、過(guò)電流、短路和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路，并可將檢測(cè)信號(hào)送到DSP做中斷處理，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性，因此，使用起來(lái)非常方便。當(dāng)IPM發(fā)生UV(欠壓)、OC(過(guò)流)、OT(過(guò)熱)、SC(短路)中任一故障時(shí)，其故障輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間tFO為數(shù)毫秒(SC持續(xù)時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些)，此時(shí)間內(nèi)IPM會(huì)封鎖門極驅(qū)動(dòng)，關(guān)斷IPM故障輸出信號(hào)。持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，IPM內(nèi)部自動(dòng)復(fù)位，門極驅(qū)動(dòng)通道開(kāi)放。可以看出，器件自身產(chǎn)生的出錯(cuò)信號(hào)是非保持性的，如果tFO結(jié)束后故障源仍舊沒(méi)有排除，IPM就會(huì)重復(fù)自動(dòng)保護(hù)的過(guò)程，反復(fù)動(dòng)作。

現(xiàn)有的IPM驅(qū)動(dòng)和保護(hù)方法在驅(qū)動(dòng)方面基本都采用典型的電路，并沒(méi)有進(jìn)行一些額外的處理，而在保護(hù)方面一般都是外加了一些輔助的外圍保護(hù)電路(比如吸收電路等)。

IPM與IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)相比，外圍驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)比較方便，但對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求卻很嚴(yán)格，所以要求驅(qū)動(dòng)電路與IPM模塊之間的連線盡可能短，最好驅(qū)動(dòng)電路的線路板與IPM模塊直接焊接在一起，避免干擾引起的誤觸發(fā)導(dǎo)通。

基于以上種種考慮，IPM的驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)信號(hào)一定需要穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的電機(jī)控制系統(tǒng)的IPM的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)方法，該方法可以提供更為穩(wěn)定的IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)有FPGA的協(xié)同處理，從而使IPM能夠更為有效穩(wěn)定地工作。輸入的IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)差分后再經(jīng)高速光耦隔離送給IPM(如圖1所示)，同時(shí)對(duì)輸出的出錯(cuò)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并降低處理出錯(cuò)信號(hào)的FPGA的采樣率，這樣增加了信號(hào)的抗干擾能力也提高了IPM的工作性能。

采用的具體技術(shù)方案如下：

一種電機(jī)控制系統(tǒng)中IPM的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)方法，用于對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)中的IPM進(jìn)行保護(hù)和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)IPM平穩(wěn)工作，具體處理過(guò)程如下：

第一，對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)中的FPGA發(fā)出的IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行差分優(yōu)化

將電機(jī)控制系統(tǒng)中的FPGA發(fā)出的IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)差分驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行差分，得到差分的IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)濾波電路對(duì)其進(jìn)行濾波，再將濾波后的IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)差分接收芯片進(jìn)行還原，即得到差分優(yōu)化處理的IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，再將上述經(jīng)差分優(yōu)化處理的IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)高速光耦隔離后送給IPM。

第二，對(duì)IPM發(fā)出的出錯(cuò)信號(hào)進(jìn)行濾波處理

將IPM發(fā)出的出錯(cuò)信號(hào)經(jīng)濾波電路進(jìn)行第一次濾波處理，然后將經(jīng)過(guò)第一次濾波的IPM出錯(cuò)信號(hào)進(jìn)行光耦隔離，再對(duì)經(jīng)過(guò)光耦隔離的出錯(cuò)信號(hào)再次進(jìn)行濾波，得到第二次濾波后的IPM出錯(cuò)信號(hào)，兩次濾波后的IPM出錯(cuò)信號(hào)送到FPGA中進(jìn)行處理。

第三，利用FPGA的濾波算法對(duì)IPM的保護(hù)處理，具體為：

首先，記錄一段時(shí)間t內(nèi)FPGA的采樣次數(shù)，同時(shí)檢測(cè)該時(shí)間t內(nèi)IPM發(fā)出的出錯(cuò)信號(hào)的出現(xiàn)次數(shù)，若檢測(cè)到的出錯(cuò)信號(hào)的次數(shù)多于M，則認(rèn)為在時(shí)間t內(nèi)有出錯(cuò)信號(hào)輸出，令FPGA關(guān)斷IPM使其中止工作，若檢測(cè)到的出錯(cuò)信號(hào)的次數(shù)不多于M，則認(rèn)為在該時(shí)間t內(nèi)無(wú)出錯(cuò)信號(hào)輸出，F(xiàn)PGA不關(guān)斷IPM，IPM繼續(xù)工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)IPM的保護(hù)，其中M為設(shè)定的閾值。

本發(fā)明在現(xiàn)有的典型IPM驅(qū)動(dòng)電路的基礎(chǔ)上加入了對(duì)IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的差分處理，然后通過(guò)降低處理出錯(cuò)信號(hào)的FPGA的采樣率的方法來(lái)降低IPM誤報(bào)錯(cuò)的幾率，利用FPGA來(lái)處理出錯(cuò)信號(hào)具有更高的可靠性，不會(huì)存在軟件跑飛而失去控制的問(wèn)題，同時(shí)還在出錯(cuò)信號(hào)的輸出端進(jìn)行了濾波處理，該發(fā)明不僅價(jià)格低廉而且簡(jiǎn)單實(shí)用，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明確實(shí)能大大改善IPM工作的穩(wěn)定性和有效性。

附圖說(shuō)明

圖1是對(duì)IPM的驅(qū)動(dòng)信號(hào)優(yōu)化處理的框圖；

圖2是IPM出錯(cuò)信號(hào)處理框圖；

圖3是用FPGA的濾波算法對(duì)IPM的保護(hù)處理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明的一種電機(jī)控制系統(tǒng)的IPM的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)方法，采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)給IPM發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)并利用FPGA接收及處理IPM的出錯(cuò)信號(hào)，對(duì)IPM驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行差分優(yōu)化處理，對(duì)輸出的出錯(cuò)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，同時(shí)降低處理出錯(cuò)信號(hào)的FPGA的采樣率，實(shí)現(xiàn)IPM平穩(wěn)工作。具體過(guò)程如下：