[发明专利]可编程门控制器系统和方法

说明书

相关申请

本申请根据35U.S.C.§§119、120、363、365和37C.F.R.§1.55以及§1.78要求2012年2月17日提交的美国专利申请序列号No.13/385,403的权益和优先权，所述申请通过该引用并入本文。

技术领域

本发明涉及可编程门控制器系统和方法，并且更特别地涉及可适用于功率半导体的远程分布式可编程门控制器系统和方法。

背景技术

在诸如用于电机驱动、太阳能转换、风能转换的逆变器以及电池充电器和不间断电源的功率转换器电路中，通常使用集中式控制器或微处理器、DSP或FPGA，其基于传感器反馈、设定点和控制算法来命令功率转换开关(功率半导体)的接通和关断。

接通、关断命令经由数字线路发送给门驱动器电路，其基于数字信号的电平(例如高＝接通/低＝关断)或多或少直接命令功率开关接通或关断。

典型的三相逆变器具有六个功率开关，并且因此在集中式微处理器和门驱动器(用于每个开关的门驱动器)之间需要六条数字线路。出于噪音抗干扰性和安全性的原因，通常进一步的是中央微处理器借助于光学、电容或电感耦合与门驱动器电流隔离。通常在门驱动器处实现该隔离，并且对每条线路都需求该隔离。

除了门控制线路，功率转换器电路同样通常需要从门驱动器到中央控制器处理器的连接以对故障条件发出信号。如果故障归属于每个门驱动器(和开关)，则将需求总计六条故障线路，导致在中央处理器和门驱动器之间总计十二条隔离线路。

该大数量的数字线路和隔离屏障导致成本和复杂性。此外，简单的数字线路仅提供非常有限的功能：发送给门驱动器的命令仅具有两个状态(接通或关断)，而由门驱动器返回的信息同样是二进制(非故障或故障)。除了考虑成本和可靠性不是最优，该集中式方法严重限制门驱动器可在功率转换控制中起的作用，并且阻止系统设计者充分利用在智能和分布方式中的功率转换电路。

例如，功率开关的控制限于由中央处理器发出的简单的接通/关断命令，并且基于实际操作条件不允许实时调节。来自门驱动器的反馈是简单的好(OK)/不好(not-OK)，并且不提供可辅助功率转换性能或提供诊断的任何额外信息。

此外，由于从测量电路到处理器以及随后到功率开关的延迟，控制算法的带宽固有地采用传统方法限制。

发明内容

因此本发明的目的是提供改进的可编程门控制器系统和方法。

本发明的进一步目的是提供这种改进的可编程门控制器系统和方法，其实现(多个)功率开关的切换速率和接通/关断比率的本地实时控制。

本发明的进一步目的是提供这种改进的可编程门控制器系统和方法，其使自学习算法的产生能够跟踪(多个)功率开关的本地趋势。

本发明的进一步目的是向实时诊断应用提供这种改进的可编程门控制器系统和方法，以预期并且检测(多个)功率开关的潜在故障模式。

本发明的进一步目的是提供这种改进的可编程、门控制器系统和方法，其实现从邻近(多个)功率开关的分布式、远程可编程门控制器到使更复杂控制环路和算法的实施可行的中央控制器的实时和详细信息的通信。

本发明的进一步目的是提供这种改进的可编程门控制器系统和方法，该系统和方法减少成本，增加可靠性并且容纳更先进、更高的带宽、更智能化的算法。

本发明的进一步目的是提供这种改进的可编程门控制器系统和方法，其实现本地高带宽的控制环路。

在各种方面中部分地由改进的可编程门控制器系统和方法实现产生的本主题发明可通过如下实现：感测相关联功率开关本地的至少一个预定条件；向远离中央控制器的可编程门控制器报告感测条件；响应于感测条件，产生在远程可编程门控制器中的至少一个控制信号；以及向相关联的功率开关施加控制信号。

本发明以可编程门控制器系统为特征，该可编程门控制器系统包括：至少一个可编程门控制器，其适于到中央控制器的连接；至少一个功率开关，其与可编程门控制器互连并且可由可编程门控制器控制；可编程门控制器包括用于驱动功率开关的放大器和用于操作放大器的可编程装置。