CPLD在IGBT驱动设计中的应用

　　介绍了一个实用IGBT驱动信号转换电路的CPLD设计并给出了该设计的仿真波形。

　　随着国民经济的不断发展，变频调速装置的应用越来越广泛。如何打破国外产品的垄断，已成为一个严肃的课题摆在我国工程技术人员的面前。

　　在某型号大功率变频调速装置中，由于装置的尺寸较大，考虑到结构和散热的条件，主控板上DSP产生的PWM信号需经过较长的距离才能送到IGBT逆变单元中。为保证PWM信号传输的准确性和可靠性，必须解决以下几个问题：首先是抗干扰问题变频器工作时，IGBT的开关动作会产生高频干扰信号其次是如何保证PWM信号的前、后沿质量，减少IGBT开关动作的过渡过程最后是如何减少布线电感，尽可能缩短PWM信号传输距离，避免过多的内部连线。

　　1 总体设计

　　原则上说，从触发电路到IGBT栅极和发射极的引线应做到既短又一致。但随着变频调速装置功率的不断增大，装置的尺寸也在增大，散热条件要求更高。由于结构设计上的种种原因，真正做到这点有很多实际困难。

　　DSP产生的PWM信号既可以采用串行方式又能以并行方式进行传输，但这两种方式都有着各自的特点。采用并行方式传输信号(即每一个IGBT模块的栅控端都接一根信号线)会造成系统内部接线过多、接地困难，抗干扰性大大降低，这种情况尤以采用了多重化、多电平技术的变频装置为甚。若利用串行方式，PWM信号的传输速率又受到介质的极大限制。在目前诸多传输介质中，只有光纤具有损耗低、频带宽、重量轻、不受电磁干扰等突出优点。GI型光纤用LED做光源时，传输速率可达140Mbit/s，传输损耗可忽略不计。IGBT的工作频率通常很少用在15kHz以上，因此以异步串行方式高速传输PWM信号时，采用光纤作为传输介质是唯一的选择。

　　在串行的PWM信号送到IGBT的栅控端之前，还需将该信号转化为并行形式。尽管采用普通的串/并转换芯片可以实现上述功能，但这些芯片的最高工作频率有限，如74166的最高工作频率为35MHz，对于目前广泛采用多重化和多电平技术的变频装置来讲，这种工作频率显然有着较大的局限性。尤其是在实时性、快速性要求甚高的电机控制领域，不可能采用应答方式完成信号的传输，因此接收端需要有较强的纠错和容错能力。若采用普通的芯片，难以只用一两片芯片完成上述功能。但CPLD具有极强的灵活性，内含128个宏单元，最高工作频率可达167MHz(以Cypress CY37128为例)，可以只用一两片芯片就能完成较复杂的逻辑功能，因此CPLD与光纤的结合是解决大功率变频器中信号传输的最好选择。系统信号流程图如图1所示。