基于FPGA的高压串联IGBT门极驱动单元及方法

摘要

本发明公开了一种基于FPGA的高压串联绝缘栅双极晶体管IGBT门极驱动单元及方法，其中，门极驱动单元包括FPGA以及与所述FPGA电连接的触发关断电路、电压监视回路、自取能电路、动态均压电路、静态均压电路和光电转换电路；FPGA通过电压监视回路监测IGBT两端的实时电压，监视IGBT的状态是否正常，并根据IGBT两端电压对取能电路中的存储电容通过进行控制；所述光电转换电路通过光纤与阀控装置连接，接收阀控装置发送的IGBT触发与关断信号，并将IGBT的运行状态发送给阀控装置。本发明利用了大容量的FPGA器件来同时实现自取能、均压、工况监视、触发、关断、接收命令和返回状态信息的功能等复杂的逻辑功能，硬件结构简单可靠，故障率低，确保IGBT可靠稳定的运行。

主权项

一种采用基于FPGA的高压串联IGBT门极驱动单元的驱动方法，其特征在于，所述基于FPGA的高压串联IGBT门极驱动单元包括FPGA以及与所述FPGA电连接的触发关断电路、电压监视回路、自取能电路、动态均压电路、静态均压电路和光电转换电路；FPGA通过电压监视回路监测IGBT两端的实时电压，并根据IGBT两端电压对自取能电路中的存储电容通断进行控制，实时调整充放电时间，从而控制纹波系数，使其在预设的范围内；所述光电转换电路通过光纤与阀控装置连接，接收阀控装置发送的IGBT触发与关断信号，并将IGBT的运行状态发送给阀控装置；所述驱动方法包括如下步骤：FPGA驱动电压监视回路采集IGBT两端的电流，通过光纤接收阀控装置的关断信号；当接收到触发或关断命令时，FPGA驱动触发关断电路以执行相应的动作；在触发或关断过程中，监视IGBT的开通或者关断状态是否正常，决定是否要采取保护措施，当检测到器件过流时，降低栅极电压；跟踪IGBT两端电压波形，调整IGBT门极驱动电压，使IGBT的导通或者关断特性满足要求；若检测到故障，延时调整；若延时后故障信号依然存在，则关断器件，若故障信号消失，基于FPGA的高压串联IGBT门极驱动单元自动恢复正常的工作状态；FPGA以现场可编程门阵列XC3S200A为核心；电压监视回路以ADC模数转换芯片为核心；自取能电路包括隔离器件、储能电容、防护器件和阻容电感；触发关断电路用于驱动IGBT的栅极，同时满足实现控制电路与被驱动IGBT栅极的电隔离及提供栅极驱动脉冲；FPGA通过光电转换电路与阀控装置交互信息；FPGA实时监测IGBT两端电压的同时，对自取能电路中的储能电容的通断进行控制，根据IGBT两端电压的不同，进行实时调整充放电时间，控制纹波系数到理想的范围，为门极驱动单元提供稳定的工作电源，实现真正的高压应用；FPGA实时接收阀控装置的IGBT触发与关断信号，根据阀控装置的信号利用PWM驱动IGBT，实时监控门极驱动单元的工作状态，并将工作状态返回给阀控装置，阀控装置实时监控到各个串联IGBT的运行工况。