[发明专利]单光纤环形通讯的功率单元及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子的功率单元及其控制方法，尤其涉及一种单光纤环形通讯的功率单元及其控制方法。

背景技术

分布式控制和模块化设计是当前电力电子技术发展的重要方向，但目前控制电路与功率模块驱动之间的连接采用的仍然是传统的光耦或变压器，控制电路的驱动信号到功率模块的传输以点对点方式，有多少功率模块就需要多少路驱动信号通路，系统电路复杂，成本高，实现冗余不易，缺乏通用性，系统难以模块化和标准化。

在中高压变频器中，虽然用光纤取代光耦隔离使电路得到了良好的耐高电压工作环境性能，但控制电路发出的驱动信号与功率模块通讯仍沿用点对点的集中方式。即所有的控制算法和监控功能由主控制器完成，而所有PWM驱动信号的发出和输出电流电压等各种信号的采集，都需要设置一个独立的光纤信号通道。不管是采用直接多电平技术还是采用单元级联多电平技术的高压变频系统，其功率单元数量随电平数的增加变得非常多。如一个三电平的三相直接多电平逆变器，功率管需要12个；一个三级H桥级联的三相逆变器，所需的H桥功率单元有9个。采用控制电路的驱动信号与功率模块之间点对点方式连接，不但电路变得复杂，所需光纤通讯电路数量非常多，引起成本增加，而且可靠性也比较差，只要一路光纤通讯发生故障，将可能导致这个系统的瘫痪，因为信号传输通路出问题并不能靠功率单元撤出系统运行的方法来处理，除非系统冗余设计备有第二套光纤传输系统，但这将使光纤通讯电路的数量变得异常庞大，难以实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足提出一种单光纤环形通讯的功率单元及其控制方法。

一种单光纤环形通讯的功率单元，所述功率单元包括一个输入端光纤和一个输出端光纤，还包括光电转换器，解码器，信号选择开关，电光转换器，功率电路，编码器；其中输入端光纤与光电转换器的输入端连接，光电转换器的输出端分别与解码器的输入端、信号选择开关的一个输入端连接，解码器的输出端与功率电路的数据输入端连接，功率电路的数据输出端与编码器的输入端连接，功率电路的控制信号输出端与信号选择开关的通道选择控制端连接，编码器的输出端与信号选择开关的另一个输入端连接，信号选择开关的输出端与电光转换器的输入端连接，电光转换器的输出端与输出端光纤连接。

所述的基于单光纤环形链路串行通讯的功率单元的驱动控制方法，包括如下步骤：

a)将主控制器和N个单光纤环形通讯的功率单元串联于单路光纤上构成环状信号链路，一个单光纤环形通讯的功率单元作为一个节点，其中N代表单光纤环形通讯的功率单元个数为一个自然数，下同；

b)采用主控制器发出指令信号依次经过N个单光纤环形通讯的功率单元并返回主控制器；

c)当本节点接收到上一个节点传递来的主控制器输出的指令信号，将指令信号依次经过光电转换器、信号选择开关和电光转换器转发给下一个节点，同时将指令信号依次通过光电转换器、解码器进行解码得到驱动指令信号；

d)采用功率电路接收所述解码器解码得到的驱动指令信号，当所述驱动指令信号是对本节点的指令，则功率电路执行相应动作指令，返回步骤b；当所述指令信号不是对本节点的指令，则功率电路不动作，返回步骤b；

e)当主控制器接收到返回的指令信号，返回步骤b，进入下一个指令信号发送周期；当主控制器未接收到返回的指令信号，返回步骤b，重发指令信号；

f)当主控制器重发指令信号后，仍未接收到返回的指令信号，系统故障，退出。

所述的基于单光纤环形通讯的功率单元的数据传输控制方法，包括如下步骤：

1.)初始化单光纤环形通讯的功率单元，在所述功率单元设置本节点数据传输的固定周期，或通过将主控制器发出的指令信号依次经过光电转换器、解码器得到要求本节点发送数据的指令；

2.)检测本节点是否到达设置的数据传输周期，或接收到所述的要求本节点发送数据的指令；

3.)当到达本节点设置的数据传输周期，或接收到所述要求本节点发送数据的指令，转至步骤5；

4.)当未到达本节点数据传输时间，或没有接收到所述要求本节点发送数据的指令，则返回步骤2；

5.)当通讯环路空闲即不在主控制器的通讯周期内，采用功率电路通过控制信号输出端输出控制信号至信号选择开关的通道选择控制端，信号选择开关选择接入本节点，即编码器的输出端与信号选择开关的另一个输入端连接导通，采用功率电路将本节点需要发送的数据通过数据输出端输出至编码器，编码器将本节点数据编码后依次通过信号选择开关、电光转换器后通过输出端光纤输出；