一种针对多电平级联型高压变频器的光纤集成通信方法
【专利说明】一种针对多电平级联型高压变频器的光纤集成通信方法
[0001]
技术领域
本发明涉及一种针对多电平级联型变频器的光纤集成通信方法。
【背景技术】
[0002]随着变频技术发展，变频器开始向大功率高电压方向发展。在各种技术方案中，多电平级联型高压变频器具有拓扑扩展简单、控制简便和输出波形质量好等特点，成为大功率高压变频器使用最多的拓扑结构。随着电平输出数量的增加，变频器需要更多的级联模块，每一个级联模块由一个全桥电路组成，而每一个全桥电需要有独立的直流母线电压反馈、温度反馈、故障反馈信号和PWM控制信号。由于高电压会产生较大的电磁干扰，同时考虑到安全性和信号传输的抗干扰要求，一般全桥电路中的直流母线电压反馈、温度反馈、故障反馈信号和PWM控制信号是通过光纤传送到控制电路的。
[0003]光纤传输的基本原理是通过光纤中光束的“亮”和“灭”两种状态来表述数字信号的“I”和“O”。一个全桥电路包含2个半桥模块(4个IGBT组成)，因此共需要4条光纤进行PffM控制信号的传输。若直流电压A/D采样的分辨率为12位，则需要I组12路的光纤来并行传输直流电压采样信号；同理，另外需要2组12路的光纤来传输温度信号；同时还需要2组I路的光纤来传输故障反馈信号。这样，为了对一个全桥模块进行控制，共计需要使用42路光纤，这无疑增加了系统的复杂度和成本。正因如此，一般的高压变频器并不会反馈直流电压信号和温度信号，仅使用4路PffM控制和I路状态反馈共5条光纤，但是这样做降低了变频器的控制性能和温度检测能力，不利于实现高性能的变频器控制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:提供一种针对多电平级联型变频器的光纤集成通信方法，使用该方法，对一个全桥电路使用5条光纤实现直流母线电压反馈、温度反馈、故障反馈信号和PffM控制信号的传输，以实现多电平级联型高压变频器中控制系统的全面、快速、可靠的数据通信。
[0005]本发明的构思是:PWM驱动信号的传输和传统的方法一致，对每一个全桥电路使用4条光纤进行实时传输。同时，对直流母线电压反馈、温度反馈和故障反馈信号通过I条光纤按照一定协议，采用异步串行通信的方法进行传输。
[0006]根据上述发明构思，本发明的技术方案由以下环节组成:
1.主控制器I可根据需求以及驱动控制器2的信号反馈，发送实时变化的PffM脉冲信号至驱动控制器2，以光纤3作为媒介，实现快速、稳定驱动全桥电路的功率模块组。
[0007]2.驱动控制器2接收来自主控制器I的PffM脉冲信号，进行快速同步以及错误检测，最终将脉冲信号发送至PWM驱动接口电路12上，以产生全桥电路所需要的合适的门级信号。
[0008]3.驱动控制器2周期性发送帧数据，通过光纤3传送到主控制器I。在串行通信协议上，帧数据包含:3个起始位、12位直流母线电压采样值、2组12位温度采样值和3个停止位，以及一定数量的逻辑I ;在每个采样值、逻辑I的邻近位之间插入I位的故障反馈信号。数据位的总和固定，意味着异步通信具有周期性可循。驱动控制器2可根据故障状态进行可定时复位的快速保护。
[0009]4.主控制器I按照该协议的设定，可同时解析出直流母线电压反馈、温度反馈和故障反馈的3个结果，能够根据结果进行PffM控制策略的快速调整或故障保护。
[0010]本发明与现有技术比较，具有如下突出的实质性特点和优势:
1.通过高速率光纤的异步串行通信方案，能够实现单通道的多路反馈数据采集，可以按照通信协议灵活增加或减少需要集成传输的反馈信号，
2.主控控制与驱动控制均可根据当前故障状态进行双重保护，增强了系统的可靠性。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的硬件连接示意图。
[0012]图2是本发明的主控制器I原理框图。
[0013]图3是本发明的驱动控制器2原理框图。
[0014]图4是本发明的异步串行通信协议示意图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图对本发明进行详细说明:
一种针对多电平级联型变频器的光纤控制和集成通信系统，以图1为例，包括主控制器I和驱动控制器2，两者之间通过光纤3进行异步通信。考虑到工业领域应用环境、串行通信数据量以及PWM脉冲时序要求，可选择宽带宽、低损耗的通信塑料光纤(P0F)，兼顾柔软、坚固特性。通信的速率还取决于光纤接收连接器6、光纤发送连接器7，一般收发器的最大信号速率保持一致性设计，例如，可选用5MBd速率的收发器，最大传输距离20m。
[0016]以图2为例，主控制器I包含主控处理器4、信号调理电路5、光纤接收连接器6以及光纤发送连接器7。其中，主控处理器4负责产生带有死区时间的PffM脉冲电信号，经信号调理电路5电平转换后驱动光纤发送连接器7电光转换，再送至光纤3 ;光纤接收连接器6将光纤3上的反馈信号进行光电转换后，经信号调理电路5电平转换，送入主控处理器4 ;主控制器4通过内部高频时钟对反馈信号进行同步和解析。
[0017]以图3为例，驱动控制器2包括:驱动处理器8、信号调理电路9、传感器接口电路
10、A/D采样电路11、PffM驱动接口电路12、光纤接收连接器6以及光纤发送连接器7。驱动控制器的时钟由主控制器的时钟分频而得，从而保证了主控制器和驱动控制器时间的一致性。直流母线电压、温度和故障状态检测值通过各自的调理电路进入驱动控制器后，按照一定的通信协议再传送给主控制器，将直流母线电压、温度和故障状态检测值这三个弱电信号使用屏蔽线送入调理电路，可有效避免强电对其造成的干扰。具体实施如下:
传感器接口电路10将温度传感信号和直流电压传感信号纳入后送入信号调理电路9进行增益调理，由A/D采样电路11进行快速采集，A/D采样电路11的运行受驱动处理器8控制；信号调理电路9还负责将光纤3输入给光纤接收连接器6的PffM脉冲信号进行电平转换，送入驱动处