專利名稱：一種變流器保護電路實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工業(yè)自動化系統(tǒng)領域，可以應用在電力電子的IGBT的控制系統(tǒng)中。該 方法具體使用在對IGBT器件的保護應用中。
背景技術：
雙饋風力發(fā)電機的機側變換器和網(wǎng)側變換器的功率器件均采用IPM(智能功率模 lfe)，IPM內部集成了 IGBT器件、驅動電路、保護電路，使用方便。IPM自身保護功能包括控 制電源欠壓保護、過熱保護、過流保護、上下橋臂短路保護。但是，IPM自身保護對于模塊內 部的所有IGTB器件不是一致性動作，而且輸出的報警信號不具有保持性，容易導致系統(tǒng)出 現(xiàn)過流振蕩現(xiàn)象，最終造成IPM的損壞。為了進一步提高IPM工作的安全性和可靠性，在除 了 IPM自身保護的功能外，設計了實時性更強的IPM保護方案，如圖1所示。圖中可以看出， 設置了獨立的IPM交流側過流保護電路和直流側過壓保護電路，利用FPGA實現(xiàn)對DSP發(fā)出 脈沖的封鎖、打開的功能。一旦保護動作，F(xiàn)PGA將保持封鎖狀態(tài)，直到被DSP的復位信號解 除。該保護方法響應時間快，動作可靠，通用性強。

發(fā)明內容
目前雙饋風力發(fā)電機的運行故障中，機、網(wǎng)側變換器功率器件的損壞時有發(fā)生，而 功率器件的損壞一般是由過流引起。分析可能引起過流的原因，并進行相應的保護是十分 有必要的。本發(fā)明采用實時性極高的硬件電路和FPGA，能有效的保護功率器件不被燒毀。本發(fā)明所采用的技術方案如下DSP發(fā)出的6路PWM先到FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)外部保 護信號和內部死區(qū)判斷邏輯決定是否封鎖PWM輸出。FPGA內部死區(qū)判斷邏輯監(jiān)測PWM脈 沖是否存在死區(qū)，一旦發(fā)現(xiàn)兩路輸出沒有死區(qū)(將導致上下橋臂同時導通)，則產(chǎn)生封鎖信 號，F(xiàn)PGA立即封鎖PWM輸出，將IPM模塊關斷，并使PDPINTA1A有效發(fā)送給DSP，使DSP關斷 PWM輸出。FPGA —直保存PWM封鎖狀態(tài)，直到被DSP復位。外部保護信號由外部硬件電路 產(chǎn)生三路電壓信號經(jīng)過一個整流橋，整流得到一個電壓信號，該電壓信號作為比較器的輸 入，一旦超過設定的門限電壓值就產(chǎn)生OVlA信號給FPGA，F(xiàn)PGA收到該信號后封鎖PWM脈沖 輸出，并保存封鎖狀態(tài)，直到被DSP復位。一路電壓信號作為另一個比較器的輸入，一旦超 過設定的門限電壓值也產(chǎn)生同樣的OVlA信號給FPGA，F(xiàn)PGA收到該信號后封鎖PWM脈沖輸 出，并保存封鎖狀態(tài)，直到被DSP復位。


附圖1為保護方案示意圖；附圖2FPGA內部邏輯圖；附圖3過流、過壓保護電路圖。
具體實施例方式下面根據(jù)說明書附圖對本發(fā)明的技術方案通過實施例進一步詳細表述。圖1示出了本發(fā)明的方案示意圖，DSP發(fā)出的PWM先到FPGA，F(xiàn)PGA再根據(jù)保護信 號和內部邏輯決定是封鎖PWM輸出還是把PWM “透傳”輸出。FPGA內部邏輯圖見附圖2。FPGA在上電或者復位后，第一步是封鎖PWM輸出，同時 對所有的保護信號屏蔽，也就是不執(zhí)行保護功能，只是封鎖PWM。如果要解鎖，則只有當DSP 的引腳LOCKA為“0”時，經(jīng)過與非門使SHUTA信號為“1”，這樣PWM的信號就不被封鎖，而是 透傳出去。LOCKA信號為低的同時，F(xiàn)PGA置0V1AERR為1，這樣就解除了之前保護動作而造成 的狀態(tài)鎖存現(xiàn)象，重新使能了過流、過壓的保護功能。只有當OVlA再次為0時，U200B與非 門才能輸出1，當RSTA為1時，U200D與非門輸出為0，這時才能在U210A產(chǎn)生PDPINTA1和 SHUTA信號，實現(xiàn)對PWM的封鎖。U208A、U208B、U208C每一個監(jiān)測兩路PWM,本列中PWMl、PWM3、PWM5設置為高有效， PWM2、PWM4、PWM6設置為低有效，所以當P麗1、P麗2同時為低時，能導致IGBT的上下橋臂同 時導通，也就是短路，此時U208A或們就輸出為0，表示有故障發(fā)生。反之正常時，PWMl、PWM2 兩路互反，U208A輸出為1。當U208A、U208B、U208C任意一路輸出為0時，都導致U207A與 門輸出為0。此時如果DBPRCTAA(由DSP控制，決定是否使能死區(qū)保護)為1，表示死區(qū)不 保護，則U204A固定輸出為1。U200A固定輸出0(因LOCKA信號為低的同時，DBAERR被置為 1)，U200C固定輸出為1 ；如果DBPRCTA為0，則U204A輸出為1因DBAERR也為1，所以U200C 輸出為0，DBAERR變?yōu)?，這時才能在U210A產(chǎn)生PDPINTA1和SHUTA信號，實現(xiàn)對P麗的封 鎖。當DBAERR變?yōu)?后，因為它是U200A的輸入，所以造成U200A始終輸出為1，只要RSTA 保持為1，則DBAERR始終為0，也就保證了 PDPTNTA1和SHUTA始終有效，既實現(xiàn)了 PWM封鎖 狀態(tài)的“鎖存”。RSTA信號由DSP控制，當DSP認為故障已經(jīng)解除時，就會發(fā)出RSTA信號，此時因為 DBAERR或者0V1AERR為0，則該信號能夠置位DBAERR或者0V1AERR為1。重新使能保護功能。三路過流保護電路見附圖3。附圖3是三路電壓信號，這三路電壓信號可以代表風 機種的轉子電流或者電網(wǎng)電流。三路電壓信號先經(jīng)過一個跟隨器，以增強驅動能力，然后接 入Dl、D2、D3、D4、D5、D6組成的整流橋。經(jīng)過整流后的輸出兩路電壓信號，分別經(jīng)過R121 和R122采樣，并且送到U16、U17組成的比較電路中。參考電壓REF和電阻R124、R125形 成了門限電壓。一旦這兩路電壓信號超過門限電壓，則U16、U17會觸發(fā)信號OVlA到FPGA， FPGA內部對OVlA的處理在上面已有講述。一路電壓信號比較簡單，它沒有經(jīng)過整流電路，而是直接和比較器比較，也同樣觸 發(fā)OVlA信號。
權利要求
一種變流器保護電路實現(xiàn)方法，通過FPGA和整流電路實現(xiàn)封鎖PWM達到保護IPM模塊，該方法的保護響應時間快，完全可以避免IPM在過流、過壓和上校橋臂同時導通的情況下燒毀IPM模塊，該實現(xiàn)方法如下DSP發(fā)出的6路PWM先到FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)外部保護信號和內部死區(qū)判斷邏輯決定是否封鎖PWM輸出。FPGA內部死區(qū)判斷邏輯監(jiān)測PWM脈沖是否存在死區(qū)，一旦發(fā)現(xiàn)兩路輸出沒有死區(qū)(將導致上下橋臂同時導通)，則產(chǎn)生封鎖信號，F(xiàn)PGA立即封鎖PWM輸出，將IPM模塊關斷，并使PDPINTA1A有效發(fā)送給DSP，使DSP關斷PWM輸出。FPGA一直保存PWM封鎖狀態(tài)，直到被DSP復位。外部保護信號由外部硬件電路產(chǎn)生三路電壓信號經(jīng)過一個整流橋，整流得到的信號作為比較器的輸入，一旦超過設定的門限電壓值就產(chǎn)生OV1A信號給FPGA，F(xiàn)PGA收到該信號后封鎖PWM脈沖輸出，并保存封鎖狀態(tài)，直到被DSP復位。一路電壓信號作為另一個比較器的輸入，一旦超過設定的門限電壓值也產(chǎn)生同樣的OV1A信號給FPGA，F(xiàn)PGA收到該信號后封鎖PWM脈沖輸出，并保存封鎖狀態(tài)，直到被DSP復位。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種變流器保護電路實現(xiàn)方法，其特征為DSP的PWM發(fā)送給 FPGA, FPGA通過保護信號來封鎖PWM輸出，一旦PWM被封鎖，F(xiàn)PGA始終保存封鎖狀態(tài)，直到 被DSP的復位信號復位。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種變流器保護電路實現(xiàn)方法，其特征為三路電壓經(jīng)過三 相整流橋電路再輸入給比較器。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種變流器保護電路實現(xiàn)方法，其特征為FPGA內部有專門 的死區(qū)保護邏輯，且一旦死區(qū)保護就會鎖存該狀態(tài)，直到被復位。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙饋型風力發(fā)電機組中對IPM模塊(智能功率模塊)的保護方法，公開了一種變流器保護電路實現(xiàn)方法。DSP發(fā)出的PWM先到FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)外部回饋的保護信號和內部死區(qū)判斷邏輯決定是否封鎖PWM輸出，如果不處于保護狀態(tài)，則把PWM“透傳”輸出。該保護方法可以對三種情況進行保護第一是PWM無死區(qū)，這由FPGA內部邏輯電路判斷；第二是交流電流過流；第三是直流電壓過壓。第二、第三種都由相應的硬件電路實現(xiàn)，并且該硬件電路產(chǎn)生一個OV1A電平信號給FPGA。一旦產(chǎn)生以上三種情況的任意一種，F(xiàn)PGA就迅速封鎖PWM。該方法響應時間快，且可以方便應用到其他IGBT器件的保護場合。
文檔編號H02H7/125GK101895097SQ20091008428
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權日2009年5月20日
發(fā)明者奚志江, 徐萬方, 石山 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司;北京四方博能自動化設備有限公司