[發明專利]基于FPGA的高壓串聯IGBT門極驅動單元及方法

有效

• 申請號: 201410423176.8
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104201871B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 胡鶴軒;鄧路;張曄
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種采用基于FPGA的高壓串聯IGBT門極驅動單元的驅動方法，其特征在于，所述基于FPGA的高壓串聯IGBT門極驅動單元包括FPGA以及與所述FPGA電連接的觸發關斷電路、電壓監視回路、自取能電路、動態均壓電路、靜態均壓電路和光電轉換電路；FPGA通過電壓監視回路監測IGBT兩端的實時電壓，并根據IGBT兩端電壓對自取能電路中的存儲電容通斷進行控制，實時調整充放電時間，從而控制紋波系數，使其在預設的范圍內；所述光電轉換電路通過光纖與閥控裝置連接，接收閥控裝置發送的IGBT觸發與關斷信號，并將IGBT的運行狀態發送給閥控裝置；

所述驅動方法包括如下步驟：

FPGA驅動電壓監視回路采集IGBT兩端的電流，通過光纖接收閥控裝置的關斷信號；

當接收到觸發或關斷命令時，FPGA驅動觸發關斷電路以執行相應的動作；

在觸發或關斷過程中，監視IGBT的開通或者關斷狀態是否正常，決定是否要采取保護措施，當檢測到器件過流時，降低柵極電壓；

跟蹤IGBT兩端電壓波形，調整IGBT門極驅動電壓，使IGBT的導通或者關斷特性滿足要求；

若檢測到故障，延時調整；若延時后故障信號依然存在，則關斷器件，若故障信號消失，基于FPGA的高壓串聯IGBT門極驅動單元自動恢復正常的工作狀態；

FPGA以現場可編程門陣列XC3S200A為核心；電壓監視回路以ADC模數轉換芯片為核心；自取能電路包括隔離器件、儲能電容、防護器件和阻容電感；觸發關斷電路用于驅動IGBT的柵極，同時滿足實現控制電路與被驅動IGBT柵極的電隔離及提供柵極驅動脈沖；FPGA通過光電轉換電路與閥控裝置交互信息；

FPGA實時監測IGBT兩端電壓的同時，對自取能電路中的儲能電容的通斷進行控制，根據IGBT兩端電壓的不同，進行實時調整充放電時間，控制紋波系數到理想的范圍，為門極驅動單元提供穩定的工作電源，實現真正的高壓應用；

FPGA實時接收閥控裝置的IGBT觸發與關斷信號，根據閥控裝置的信號利用PWM驅動IGBT，實時監控門極驅動單元的工作狀態，并將工作狀態返回給閥控裝置，閥控裝置實時監控到各個串聯IGBT的運行工況。