功率?？刂葡到y(tǒng)的制作方法
【專利說明】功率?？刂葡到y(tǒng)
[0001]對相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2013年11月I日提交的美國專利申請N0.14/069，526“功率?？刂葡到y(tǒng)”的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其要求2012年12月11日提交的美國臨時申請N0.61/735，714 “被用于控制從DC或AC輸入電壓產(chǎn)生AC功率的IGBT接口板”的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益。每個申請的整體通過引用的方式為了所有目的被并入此處。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]所公開的發(fā)明處于功率控制電子設(shè)備的領(lǐng)域。更特別地，所公開的發(fā)明涉及功率?？刂葡到y(tǒng)，其被用于控制從DC或AC輸入電壓產(chǎn)生AC功率。
【背景技術(shù)】
[0003]功率棧控制系統(tǒng)被用于控制從DC或AC輸入電壓產(chǎn)生AC功率?，F(xiàn)代的功率棧控制系統(tǒng)并入了一個或多個晶體管，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。IGBT主要是三端子功率半導(dǎo)體器件，其形成了用于在電子器件中結(jié)合高效率和快速切換的電子開關(guān)。在現(xiàn)有技術(shù)中已知的功率棧控制系統(tǒng)在圖1中被描繪，并且包括IGBT接口板(108)、IGBT驅(qū)動板(112)、主控制單元板(104)、主機CPU板(未被顯示)和IGBT (116)。所述IGBT接口板(108)、IGBT驅(qū)動板(112)和IGBT (116)也被稱為功率棧(108，112，116)。
[0004]已知的功率棧(108，112，116)當(dāng)前由主控制單元(104)驅(qū)動，所述主控制單元(104)通常是獨立的嵌入式控制板。典型的主控制單元(104)當(dāng)前經(jīng)由帶狀電纜使用并行接口(106)，其使得能夠直接控制所述IGBT接口板(108)，其直接接口到所述IGBT驅(qū)動板(112)。所述IGBT接口板(108)和驅(qū)動板(112)兩者是所述功率棧的獨立部件。
[0005]所述現(xiàn)有的并行接口( 106)方案在所述帶狀電纜上實施時存在一些問題:
1.在所述電纜上供給的功率和接地?zé)o法充分地支持所述IGBT接口板和驅(qū)動板(108，112)的功率和接地要求。
[0006]2.在并行接口(106)上實施的數(shù)字邏輯水平不是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其使得到所述接口板(108)上的數(shù)字邏輯部件的應(yīng)用接口復(fù)雜化。
[0007]3.歸因于所述并行接口(106)上的針腳的有限的數(shù)量，將足夠的狀態(tài)/錯誤信息提供回所述主控制單元(104)是不可能的。
[0008]4.所述現(xiàn)有的接口不支持控制多個IGBT接口板(108)或多個一般的功率棧(108，112，116)。
[0009]5.所述現(xiàn)有的接口不支持全局時鐘的概念，其可以被用于以高精確度控制所述主控制單元和所述功率棧(108，112，116)之間的定時。
[0010]因此，存在對解決這些問題的新的功率?？刂葡到y(tǒng)的需求。本發(fā)明意在這些和其他重要的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了功率?？刂葡到y(tǒng)，包括:串行接口連接，所述串行接口連接與多個功率棧串行電通信，所述多個功率棧包括至少一個接口板和至少一個IGBT驅(qū)動板，所述至少一個接口板與至少一個IGBT驅(qū)動板并行通信。
[0012]總體描述和下面的詳細(xì)描述僅是示例性的和說明性的，并且不是對本發(fā)明的限制，如在隨附的權(quán)利要求中所限定的?？紤]到如此處所提供的本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他方面對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0013]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，概要以及下面的詳細(xì)描述被進(jìn)一步理解。為了例示本發(fā)明的目的，在附圖中顯示了本發(fā)明的示例性實施例；然而，本發(fā)明不限于所公開的特定的方法、組成和裝置。此外，附圖不一定按照比例繪制。在附圖中:
圖1描繪了現(xiàn)有技術(shù)的概要。
[0014]圖2 (A, B, C)顯示了本發(fā)明的概要。本發(fā)明適用于任何組合中的功率?？刂葡到y(tǒng)(204，210，214，218)中的所有部件，并且不依賴于特定的實施(例如，組合的接口 /驅(qū)動板對單獨的接口板和驅(qū)動板)。
[0015]圖3描繪了串行接口星型構(gòu)造，在其中所述主控制單元(302)驅(qū)動多端口開關(guān)單元(308 )，所述多端口開關(guān)單元(308 )而又驅(qū)動各個接口板(314 )或更一般地驅(qū)動所述功率桟控制系統(tǒng)。
[0016]圖4描繪了串行接口雛菊鏈構(gòu)造，在其中所述主控制單元(402)驅(qū)動該鏈中的第一接口板(408)(或更一般地驅(qū)動所述功率?？刂葡到y(tǒng))，其隨后將所述主控制單元(402)的控制信息連同其狀態(tài)/錯誤信息一起傳遞到該鏈中的下一個接口板(408)或更一般地傳遞到該鏈中的下一個功率?？刂葡到y(tǒng)。
[0017]圖5 (A, B)提供了當(dāng)使用全局同步時鐘時的主和從事件緩沖操作的概要。
[0018]圖6提供了控制包的實例。注意:此包數(shù)據(jù)代表所述包的用戶(應(yīng)用)數(shù)據(jù)部分。這將是以太網(wǎng)(或USB)包的數(shù)據(jù)負(fù)載部分，其也將包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(USB)包頭部信息。
[0019]圖7提供了狀態(tài)包的實例。注意:此包數(shù)據(jù)代表所述包的用戶(應(yīng)用)數(shù)據(jù)部分。這將是以太網(wǎng)(或USB)包的數(shù)據(jù)負(fù)載部分，其也將包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(USB)包頭部信息。
[0020]圖8提供了在IEEE 1588精確時間協(xié)議中使用的時鐘同步過程的概要。
[0021]圖9提供了錯誤包的實例。注意:此包數(shù)據(jù)代表所述包的用戶(應(yīng)用)數(shù)據(jù)部分。這將是以太網(wǎng)(或USB)包的數(shù)據(jù)負(fù)載部分，其也將包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(USB)包頭部信息。
[0022]圖10提供了中斷包的實例。注意:此包數(shù)據(jù)代表所述包的用戶(應(yīng)用)數(shù)據(jù)部分。這將是以太網(wǎng)(或USB)包的數(shù)據(jù)負(fù)載部分，其也將包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(USB)包頭部信息。
[0023]圖11提供了基于全局同步時鐘時間戳?xí)r間從從事件緩沖器輸出的IGBT觸發(fā)器的實例。
[0024]圖12提供了使用26針帶狀電纜(1216)的一個串行接口電纜引出線選擇的實例。
[0025]圖13提供了使用20針帶狀電纜(1314)和4針電源電纜(1320)的第二串行接口電纜引出線選擇的實例。
[0026]圖14提供了使用14針帶狀電纜(1410)、8針CAT5、CAT6等類型電纜(1420)和4針電源電纜(1426)的第三串行接口電纜引出線選擇的實例。
[0027]圖15提供了使用8針CAT5、CAT6等類型電纜(1510)和4針電源電纜(1516)的第四串行接口電纜引出線選擇的實例。
【具體實施方式】
[0028]通過參考下面結(jié)合附圖和實例進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明可以被更容易地理解，其形成本公開的一部分。將被理解的是:本發(fā)明不限于此處所描述和/或顯示的特定的裝置、方法、應(yīng)用、條件或參數(shù)，并且此處所使用的術(shù)語僅僅是為了通過實例的方式描述特定的實施例的目的。而不是意在限制所要求權(quán)利的發(fā)明。并且，如在包括隨附的權(quán)利要求的說明書中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括復(fù)數(shù)，并且參考特定的數(shù)值包括至少該特定值，除非上下文清楚地指示別的方式。如此處所使用的，術(shù)語“多個”意思是多于一個。當(dāng)表達(dá)了值的范圍時，另一個實施例包括從一個特定值和/或到另一個特定值。相似地，當(dāng)利用先行詞“大約”將值表達(dá)為近似時，如下將被理解:所述特定的值形成另一個實施例。所有的范圍是包括的并且是可組合的。
[0029]將被理解的是:為了清晰，在獨立的實施例的上下文中此處所描述的本發(fā)明的某些特征也可以在單個實施例中以組合的方式被提供。相反地，為了簡潔，在單個實施例的上下文中所描述的本發(fā)明的各種特征也可以單獨地被提供或者以任何子組合的方式被提供。此外，參考范圍內(nèi)規(guī)定的值包括該范圍內(nèi)的每一或每個值。
[0030]如此處所描述的適當(dāng)?shù)墓β蕳？刂葡到y(tǒng)包括被用于控制功率的產(chǎn)生的系統(tǒng)的部件，包括主控制單元、接口板、IGBT驅(qū)動板、IGBT和任何所期望的電連接。
[0031]如此處所使用的，“功率?！敝傅氖枪I(yè)認(rèn)證的術(shù)語，其可以指接口板、IGBT驅(qū)動板、IGBT、金屬外殼、電容器組以及冷卻選項。功率棧可以具有組合的接口和驅(qū)動板。
[0032]如此處所使用的，“IGBT”指的是晶體管開關(guān)，其能夠?qū)⑤斎腚妷呵袚Q至所述功率棧中的輸出，可以通過合適的主控制單元控制IGBTs的切換。
[0033]如此處所使用的，“IGBT驅(qū)動板”指的是能夠被用于直接驅(qū)動IGBT的板。IGBT驅(qū)動板可以包括用以驅(qū)動和保護所述IGBT的轉(zhuǎn)換電路。IGBT驅(qū)動板可以與接口板相結(jié)合。
[0034]如此處所使用的，“接口板”指的是被用于在主控制單元和IGBT驅(qū)動板電路之間提供接口的板。所述接口板典型地包括在主控制單元和IGBT驅(qū)動板之間的轉(zhuǎn)換電路、保護電路和期望用于在所述主控制單元和(一個或多個)IGBT驅(qū)動板之間轉(zhuǎn)換信息的任何其他電路。接口板可以與IGBT驅(qū)動板相結(jié)合。
[0035]如此處所使用的，“并行接口 ”指的是電子接口，其包括在專用于一個特定功能(例如供電、接地、控制信號、錯誤信號、狀態(tài)信號)的電纜束中的單獨的電線。并行接口典型地依據(jù)所述系統(tǒng)接口復(fù)雜性而要求許多單個的電線。
[0036]如此處所使用的，“串行接口 ”指的是電子接口，其使用各自用于發(fā)送和接收的單個電線(例如單端的串行接口)或各自用于發(fā)送和接收的兩個電線(例如，差分串行接口)而被實施為發(fā)送/接收功能。合適的差分接口典型地使用加(+ )和減(_)線對，與所述單端的串行接口相比較具有更強的抗噪性并且能夠跨越更長的距離。串行接口典型地減少了將兩個系統(tǒng)部件接口所要求的電線的數(shù)量并且典型地使用包結(jié)構(gòu)來順次地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)(例如，一次一個比特)。
[0037]此處所描述的合適的功率?？刂葡到y(tǒng)包括串行接口連接，所述串行接口連接與多個功率棧串行地電通信，所述多個功率棧包括至少一個接口板和至少一個IGBT驅(qū)動板，所述至少一個接口板與至少一個IGBT驅(qū)動板并行地通信?？梢酝ㄟ^任何合適的功率源(諸如將電功率提供至至少一個功率棧的電源電纜)將功率供給至所述功率棧控制系統(tǒng)。
[0038]合適的串行接口連接可以包括支持下列串行接口標(biāo)準(zhǔn)中的一個或多個的串行接P:RS232、RS422、RS485、以太網(wǎng)、PCIe、火線和 USB0
[0039]在所述功率