2024年4月3日发(作者：锺漪)
・
350
・
第
35
卷第
2
期
2009
年
2
月
高 电 压 技 术
HighVoltageEngineering
Vol.35No.2
Feb.
2009
采用
FPGA
的多路高压
IGBT
驱动触发器研制
刘 超
,
尚 雷
,
郭 亮
,
葛 磊
(
中国科学技术大学国家同步辐射实验室
,
合肥
230029
)
摘 要
:
为有效控制固态功率调制设备
,
提高系统的可调性和稳定性
,
介绍了一种基于现场可编程门阵列
(
FPGA
)
和微控制器
(
MCU
)
的多路高压
IGBT
驱动触发器的设计方法和实现电路。该触发器可选择内或外触发信号
,
可遥
控或本控
,
能产生多路频率、宽度和延时独立可调的脉冲信号
,
信号的输入输出和传输都使用光纤。将该触发器用
于高压
IGBT
(
3300V/800A
)
感应叠加脉冲发生器中进行实验测试
,
给出了实验波形。结果表明
,
该多路高压
IGBT
驱动触发器输出脉冲信号达到了较高的调整精度
,
频宽
’
脉宽及延时可分别以步进
1Hz
、
0.1
μ
s
、
0.1
μ
s
进行调整
,
满足
了脉冲发生器的要求
,
提高了脉冲功率调制系统的性能。
关键词
:
现场可编程门阵列
;
单片机
;
触发器
;IGBT;
固态调制器
;DS1624
中图分类号
:TL503.5
文献标志码
:A
文章编号
:1003
2
6520
(
2009
)
02
2
0350
2
05
DevelopmentoftheMultichannelHVIGBTDriverTriggerBasedonFPGA
LIUChao,SHANGLei,GUOLiang,GELei
(
NationalSynchrotronRadiationLaboratory,UniversityofScience
andTechnologyofChina,Hefei230029,China
)
Abstract:Inordertocontrolmodernsolidstatepowermodulatorandmaintainreliableoperationforthepulsepower
systemeffectively,amultichanneltriggerofhighvoltageIGBT
(
Insulated
2
gatebipolartransistor
)
driverbasedon
FPGA
(
Field
2
programmablegatearray
)
ignideaandimplementationtechnologyofthemul
2
tichanneltriggerwhichcanselectthedrivingofin
2
sidetriggeroroutsidetriggercanberemotelycontrolledorlocallycontrolled,anditgeneratesmultichannelfrequen
2
cy,pulsewidthanddelayindependentlyregulatedpulsesignal,theinput
2
outputandtransmittingofsignalbothused
tichanneltriggeristestedinahighvoltageIGBT
(
3300V/800A
)
inductionadderpulsegenerator.
Tesnfirmedthatthemultichannel
triggerbasedonFPGAperformsverywelltoreconstructIGBTswitchingwaveforms.
Keywords:FPGA;singlechipmicrocomputer;trigger;IGBT;solidstatemodulator;DS1624
0
引言
随着固态开关器件在高速及大功率方向上的发
展和进步
,
在高功率脉冲领域
,
固态开关及固态调制
器将逐渐代替真空管和线型调制设备
[1
2
3]
。现代脉
冲功率系统要求有更高的集成度
,
更复杂的分析和
控制功能
,
针对特定的功率系统需要研制低功耗的
触发电路模块。在感应叠加型脉冲发生器设计中需
要输出多路脉冲信号来触发驱动高压
IGBT
[4,5]
。
感应叠加脉冲发生器的一个显著特点是输出的脉冲
信号宽度可调
,
这就要求其触发信号脉宽可调
;
并且
由于分布电容的影响
,
脉冲波形存在电压过冲
,
通过
对单元间的触发延时调整可以防止过冲
,
校正了脉
冲顶部波动
[6]
。因此
,
需要设计多路频率、脉宽和延
时独立可调的高压
IGBT
驱动触发器。最初使用的
基金资助项目
:
国家自然科学基金面上项目
(
10475073
)
。
ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationof
China
(
10475073
)
.
多路触发器由信号源和分离元件的模拟电路组成
,
电路的精度低
,
不能根据要求实时调整各路间的脉
冲信号
,
并且易受干扰损坏
IGBT
[7
2
11]
。随着电子技
术的不断发展与进步
,
可编程器件和微处理器的联
合使用在实现脉冲发生和控制成为主流
[12
2
14]
。
为了有效控制多路高压
IGBT
触发信号
,
增加
脉冲功率调制系统的可调性、稳定性和抗干扰能力
,
本文研制了基于现场可编程门阵列
(
fieldprogram
2
mablegatearray,FPGA
)
和微控制器
(
microcon
2
trollerunit,MCU
)
的多路触发高压
IGBT
驱动触
发器
,
并在此介绍这种基于
FPGA
的全数字式多路
触发器的设计思路、组成和实验测试。
1
系统总体设计思路和框架
多路触发器主要由触发方式选择电路、频率产
生电路、脉冲产生电路和辅助人机交互接口组成。
根据脉冲功率调制的要求
,
该多路触发器设计要求
的基本功能见表
1
。
2009
年
2
月高 电 压 技 术第
35
卷第
2
期
・
351
・
整个系统主要分为三大部分
,
即
MCU
控制部
分、
FPGA
脉冲产生部分和人机交互界面。多路触
发器的工作原理框图见图
1
。图中
SCL
和
SDA
分
别为
DS1624
的
2
2线
(
I
2
C
)
串行数据输入
/
输出端口
以及
2
2线
(
I
2
C
)
串行时钟端口
;WDOG
是
MAX813
的看门狗信号输入端。通过良好的人机交互界面
,
可以实时地调整频率参数或者脉冲宽度参数。
MCU
是系统的控制核心
,
它主要负责将接收到的
调整参数传递给
FPGA,
并把参数存储到外置存储
器中且通过数码管显示出来。
FPGA
和外部的基准
时钟以及外置存储器连接
,
它的主要作用是根据
MCU
传输给它的调整参数
,
实时地产生要求的脉
冲波形。
1.1
MCU
部分
微控制器部分使用了芯片
AT89C52,
其
P0
、
P2
口分别作为数据位和控制位实时向
FPGA
传送数
据。为了增加系统的稳定性
,
配置了看门狗电路
,
由
芯片
MAX813
通过
P2.7
和单片机相连。为了使系
统重新加电时能读取上次的设定值
,
使用了
E
2
PROM,
型号为
DS1624
。
DS1624
是美国
DAL
2
LAS
公司生产的集成了测量系统及
256
字节的
E
2
PROM
非易性存储器于一体的芯片。数字接口电
图
1
基于
FPGA
技术的多路触发器系统原理框图
Fig.1
Blockdiagramofmultichanneltrigger
basedonFPGA
表
1
多路触发器设计参数
Tab.1
Designparametersofmultichanneltrigger
设计项目
输入
时钟
通信
通道数
输出
频率调整
脉宽调整
延时调整
设计参数
内或外触发可选
,
光信号
40MHzFPGA
时钟
RS232
串口
,JTAG
10
路光信号
,
其中
8
路信号同步
,
另
2
路独立信号可调
1Hz
～
1kHz,
步进
1Hz
0.2
～
20
μ
s,
步进
0.1
μ
s
0
～
10
μ
s,
步进
0.1
μ
s
路简单
,
与
I
2
C
总线兼容。其数字温度输出达
13
位
,
精度为
0
1
03125
°
C
。
DS1624
可工作在最低
2
1
7
V
电压下
,
适用于低功耗应用系统。
AT89C52
的
P2
口的
P2.4
和
P2.5
分别于
DS1624
的
SCL
和
SDA
相连接构成
I
2
C
总线
,
完成串行数据传送过程。使
用专用芯片
MAX202
的遥控串行通信电路可方便
地与
PC
机的
RS232
串口进行通信
,
实现遥控设定。
MCU
部分的电路原理图见图
2
。
1.2
FPGA
部分
FPGA
部分主要负责实时的产生脉冲波形。
FPGA
内部的硬件结构决定了系统良好的抗干扰性
存储按钮
,
完成选择调整参数向
FPGA
的传递。本
文采用
C
语言在
KeilC51
环境中进行编程开发。电
源打开时
,MCU
复位
,
程序初始化
,
这时
MUC
先读
取
E
2
PROM
中对应保存的频率、脉冲和延时储存在
E
2
PROM
中的上次设定值
;
再扫描调整按键
(
即操
作者命令
)
,
判断调整的类别是频率、脉宽还是延时
,
调整的数据通过数码管识别显示。调整类别由单片
机的
P2
口编码识别以及调整的数据通过
P0
口一
起传输给
FPGA,FPGA
执行相应的脉冲调整程序
,
实时产生所要求的脉冲
,
然后通过光纤输出。
FPGA
主要是实时产生相关的脉冲波形。本文
用硬件描述语言
(
VHDL
)
设计了
FPGA
内的相关
模块
,
主要有分频电路、触发选择电路、频率调整电
路、脉宽或延时调整电路
,
在硬件编译平台
Max+
plusII
中编程实现。根据设计要求和目标
,
本文采
用晶振电路
(
40MHz
)
产生频率精确度高、稳定性好
的基准脉冲作为内触发源。因为频率调整范围较
低
,
所以在
FPGA
中通过软件对基准脉冲多次分
频
,
产生需要频率的脉冲信号输出。对脉宽和延时
和高可靠性。本文选用了
Altera
公司常用的
FLEX
10K
系列的
EPF10K20TI144
。
FLEX10K
是
Al
2
tera
公司于
1998
年推出的第
1
个集成了嵌入式阵
列块
(
EAB
)
的
PLD,
开辟了可编程逻辑的新纪元。
它因具有高密度、低成本、低功率等特点而成为
Al
2
tera
公司
PLD
中应用前景最好的器件系列之一。
FPGA
使用时常常在
FPGA
器件的外部配置非易
失性的存储器。
EPC2
具有在系统编程的功能。
FPGA
器件与
EPC2
的连接图见图
3
。
2
系统软件设计
多路触发器系统控制软件设计流程见图
4
。
MCU
部分主要负责与外界的接口
,
即选择、调整和
・
352
・
Feb.2009High
Voltage
EngineeringVol.35No.2
图
2
MCU
部分的电路原理图
Fig.2
CircuitdiagramofMCUmodule
图
3
FPGA
与
EPC2
连接图
Fig.3
ConnectiondiagramofFPGAwithEPC
电路的调整
,
为了保持精度
,
仍然用
40MHz
的基准
脉冲。调整的参数预置中使用了
Altera
公司提供
的参数化的宏功能模块库
(
libraryparameterized
modules,LPM
)
,
用
LPM
2
DECODE
参数化译码器
完成
MCU
的
P2
口传来的调整参数识别。
MCU
传
送来的调整参数数值在
FPGA
中通过锁存器实现
地址和数据锁存
,
锁存器采用
74273
实现。
FPGA
内部相关模块的设计原理图见图
5
。
2009
年
2
月高 电 压 技 术第
35
卷第
2
期
・
353
・
图
4
基于
FPGA
的多路触发器系统控制流程图
Fig.4
Controlflowchartofmultichannel
triggerbasedonFPGA
3
实验测试结果
多路触发器输出的测量波形见图
6
。通过多路
触发器参数调整按键向单片机输入频率参数
100,
在多路触发器的初始脉冲输出端口得到了图
6
中的
R4
脉冲信号波形。
Ch2
显示在外部按键对
R4
脉
冲信号脉宽增加
0
1
4
μ
s
时所得波形
,Ch3
显示在对
R4
脉冲信号延时
0
1
8
μ
s
时所得波形。
多路触发器产生的触发信号须经过驱动电路才
能控制高压
IGBT
开关。
IGBT
的驱动电路使用了
模块
2SD315AI
2
33,
它是瑞士
CONCEPT
公司专门
为
3300V
高压
IGBT
的可靠工作和安全运行而设
计的驱动模块
[15,16]
,
是以专用芯片组为基础
,
高集
成度
,
高功率的双
IGBT
驱动器。其两通道在其控
制部分与功率输出部分具有电气隔离的特性
,
每通
道平均输出功率为
3W,
最大峰值电流是
15A
。该
模块具有准确可靠的驱动功能和灵活可调完善的过
流过压保护功能。实验测试装置图见图
7
。
通过多路触发器可产生
50Hz
脉冲信号。驱动
电路输出波形见图
8,Ch1
显示
IGBT
栅极电流波
形。
Ch2
显示栅极和源级间的电压波形。
图
5
FPGA
内部模块设计原理图
Fig.5
BlockdiagramofmodulebasedonFPGA
图
6
基于
FPGA
的多路触发器输出波形
Fig.6
Outputwaveformofthemultichannel
triggerbasedonFPGA
路触发器满足高压
IGBT
对触发信号的要求
,
提高
了整个脉冲发生系统的稳定性。
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,
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50MW
脉冲
4
结语
根据高压
IGBT
感应叠加脉冲发生器的需要
,
设计了基于
FPGA
的多路高压
IGBT
驱动触发器。
它可以产生多路延时、脉宽和频率可调的光触发信
号
,
具有信号精度高、干扰小、调整灵活的特点。通
过结合
IGBT
感应叠加脉冲发生器实验
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表明该多
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354
・
Feb.2009High
Voltage
EngineeringVol.35No.2
图
7
实验装置原理图
Fig.7
Schematicdiagramofsolid
2
stateinductive
adderpulsegenerator
2003,29
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刘 超
,
尚 雷
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刘祖平
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感应叠加型冲击磁铁脉冲发生器
图
8
驱动电路输出波形
(Ch1:
栅极电流
;
Ch2:G
2
E
间电压波形
)
Fig.8
Outputwaveformofdrivecircuit
(Ch1:gatecurrentCh2:Uge)
[12]
郭 亮
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黄宏新
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LIUChao
ate
刘 超
1980
—
,
博士生
从事加速器物理及脉冲功率技术研究
E
2
mail:chliu@
尚 雷
1968
—
,
博士
,
研究员
从事加速器及脉冲功率工作
E
2
mail:lshang@
收稿日期
2008
2
04
2
06
修回日期
2008
2
05
2
25
编辑 卫李静
2024年4月3日发(作者：锺漪)
・
350
・
第
35
卷第
2
期
2009
年
2
月
高 电 压 技 术
HighVoltageEngineering
Vol.35No.2
Feb.
2009
采用
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的多路高压
IGBT
驱动触发器研制
刘 超
,
尚 雷
,
郭 亮
,
葛 磊
(
中国科学技术大学国家同步辐射实验室
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230029
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摘 要
:
为有效控制固态功率调制设备
,
提高系统的可调性和稳定性
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介绍了一种基于现场可编程门阵列
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和微控制器
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的多路高压
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驱动触发器的设计方法和实现电路。该触发器可选择内或外触发信号
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可遥
控或本控
,
能产生多路频率、宽度和延时独立可调的脉冲信号
,
信号的输入输出和传输都使用光纤。将该触发器用
于高压
IGBT
(
3300V/800A
)
感应叠加脉冲发生器中进行实验测试
,
给出了实验波形。结果表明
,
该多路高压
IGBT
驱动触发器输出脉冲信号达到了较高的调整精度
,
频宽
’
脉宽及延时可分别以步进
1Hz
、
0.1
μ
s
、
0.1
μ
s
进行调整
,
满足
了脉冲发生器的要求
,
提高了脉冲功率调制系统的性能。
关键词
:
现场可编程门阵列
;
单片机
;
触发器
;IGBT;
固态调制器
;DS1624
中图分类号
:TL503.5
文献标志码
:A
文章编号
:1003
2
6520
(
2009
)
02
2
0350
2
05
DevelopmentoftheMultichannelHVIGBTDriverTriggerBasedonFPGA
LIUChao,SHANGLei,GUOLiang,GELei
(
NationalSynchrotronRadiationLaboratory,UniversityofScience
andTechnologyofChina,Hefei230029,China
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Abstract:Inordertocontrolmodernsolidstatepowermodulatorandmaintainreliableoperationforthepulsepower
systemeffectively,amultichanneltriggerofhighvoltageIGBT
(
Insulated
2
gatebipolartransistor
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driverbasedon
FPGA
(
Field
2
programmablegatearray
)
ignideaandimplementationtechnologyofthemul
2
tichanneltriggerwhichcanselectthedrivingofin
2
sidetriggeroroutsidetriggercanberemotelycontrolledorlocallycontrolled,anditgeneratesmultichannelfrequen
2
cy,pulsewidthanddelayindependentlyregulatedpulsesignal,theinput
2
outputandtransmittingofsignalbothused
tichanneltriggeristestedinahighvoltageIGBT
(
3300V/800A
)
inductionadderpulsegenerator.
Tesnfirmedthatthemultichannel
triggerbasedonFPGAperformsverywelltoreconstructIGBTswitchingwaveforms.
Keywords:FPGA;singlechipmicrocomputer;trigger;IGBT;solidstatemodulator;DS1624
0
引言
随着固态开关器件在高速及大功率方向上的发
展和进步
,
在高功率脉冲领域
,
固态开关及固态调制
器将逐渐代替真空管和线型调制设备
[1
2
3]
。现代脉
冲功率系统要求有更高的集成度
,
更复杂的分析和
控制功能
,
针对特定的功率系统需要研制低功耗的
触发电路模块。在感应叠加型脉冲发生器设计中需
要输出多路脉冲信号来触发驱动高压
IGBT
[4,5]
。
感应叠加脉冲发生器的一个显著特点是输出的脉冲
信号宽度可调
,
这就要求其触发信号脉宽可调
;
并且
由于分布电容的影响
,
脉冲波形存在电压过冲
,
通过
对单元间的触发延时调整可以防止过冲
,
校正了脉
冲顶部波动
[6]
。因此
,
需要设计多路频率、脉宽和延
时独立可调的高压
IGBT
驱动触发器。最初使用的
基金资助项目
:
国家自然科学基金面上项目
(
10475073
)
。
ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationof
China
(
10475073
)
.
多路触发器由信号源和分离元件的模拟电路组成
,
电路的精度低
,
不能根据要求实时调整各路间的脉
冲信号
,
并且易受干扰损坏
IGBT
[7
2
11]
。随着电子技
术的不断发展与进步
,
可编程器件和微处理器的联
合使用在实现脉冲发生和控制成为主流
[12
2
14]
。
为了有效控制多路高压
IGBT
触发信号
,
增加
脉冲功率调制系统的可调性、稳定性和抗干扰能力
,
本文研制了基于现场可编程门阵列
(
fieldprogram
2
mablegatearray,FPGA
)
和微控制器
(
microcon
2
trollerunit,MCU
)
的多路触发高压
IGBT
驱动触
发器
,
并在此介绍这种基于
FPGA
的全数字式多路
触发器的设计思路、组成和实验测试。
1
系统总体设计思路和框架
多路触发器主要由触发方式选择电路、频率产
生电路、脉冲产生电路和辅助人机交互接口组成。
根据脉冲功率调制的要求
,
该多路触发器设计要求
的基本功能见表
1
。
2009
年
2
月高 电 压 技 术第
35
卷第
2
期
・
351
・
整个系统主要分为三大部分
,
即
MCU
控制部
分、
FPGA
脉冲产生部分和人机交互界面。多路触
发器的工作原理框图见图
1
。图中
SCL
和
SDA
分
别为
DS1624
的
2
2线
(
I
2
C
)
串行数据输入
/
输出端口
以及
2
2线
(
I
2
C
)
串行时钟端口
;WDOG
是
MAX813
的看门狗信号输入端。通过良好的人机交互界面
,
可以实时地调整频率参数或者脉冲宽度参数。
MCU
是系统的控制核心
,
它主要负责将接收到的
调整参数传递给
FPGA,
并把参数存储到外置存储
器中且通过数码管显示出来。
FPGA
和外部的基准
时钟以及外置存储器连接
,
它的主要作用是根据
MCU
传输给它的调整参数
,
实时地产生要求的脉
冲波形。
1.1
MCU
部分
微控制器部分使用了芯片
AT89C52,
其
P0
、
P2
口分别作为数据位和控制位实时向
FPGA
传送数
据。为了增加系统的稳定性
,
配置了看门狗电路
,
由
芯片
MAX813
通过
P2.7
和单片机相连。为了使系
统重新加电时能读取上次的设定值
,
使用了
E
2
PROM,
型号为
DS1624
。
DS1624
是美国
DAL
2
LAS
公司生产的集成了测量系统及
256
字节的
E
2
PROM
非易性存储器于一体的芯片。数字接口电
图
1
基于
FPGA
技术的多路触发器系统原理框图
Fig.1
Blockdiagramofmultichanneltrigger
basedonFPGA
表
1
多路触发器设计参数
Tab.1
Designparametersofmultichanneltrigger
设计项目
输入
时钟
通信
通道数
输出
频率调整
脉宽调整
延时调整
设计参数
内或外触发可选
,
光信号
40MHzFPGA
时钟
RS232
串口
,JTAG
10
路光信号
,
其中
8
路信号同步
,
另
2
路独立信号可调
1Hz
～
1kHz,
步进
1Hz
0.2
～
20
μ
s,
步进
0.1
μ
s
0
～
10
μ
s,
步进
0.1
μ
s
路简单
,
与
I
2
C
总线兼容。其数字温度输出达
13
位
,
精度为
0
1
03125
°
C
。
DS1624
可工作在最低
2
1
7
V
电压下
,
适用于低功耗应用系统。
AT89C52
的
P2
口的
P2.4
和
P2.5
分别于
DS1624
的
SCL
和
SDA
相连接构成
I
2
C
总线
,
完成串行数据传送过程。使
用专用芯片
MAX202
的遥控串行通信电路可方便
地与
PC
机的
RS232
串口进行通信
,
实现遥控设定。
MCU
部分的电路原理图见图
2
。
1.2
FPGA
部分
FPGA
部分主要负责实时的产生脉冲波形。
FPGA
内部的硬件结构决定了系统良好的抗干扰性
存储按钮
,
完成选择调整参数向
FPGA
的传递。本
文采用
C
语言在
KeilC51
环境中进行编程开发。电
源打开时
,MCU
复位
,
程序初始化
,
这时
MUC
先读
取
E
2
PROM
中对应保存的频率、脉冲和延时储存在
E
2
PROM
中的上次设定值
;
再扫描调整按键
(
即操
作者命令
)
,
判断调整的类别是频率、脉宽还是延时
,
调整的数据通过数码管识别显示。调整类别由单片
机的
P2
口编码识别以及调整的数据通过
P0
口一
起传输给
FPGA,FPGA
执行相应的脉冲调整程序
,
实时产生所要求的脉冲
,
然后通过光纤输出。
FPGA
主要是实时产生相关的脉冲波形。本文
用硬件描述语言
(
VHDL
)
设计了
FPGA
内的相关
模块
,
主要有分频电路、触发选择电路、频率调整电
路、脉宽或延时调整电路
,
在硬件编译平台
Max+
plusII
中编程实现。根据设计要求和目标
,
本文采
用晶振电路
(
40MHz
)
产生频率精确度高、稳定性好
的基准脉冲作为内触发源。因为频率调整范围较
低
,
所以在
FPGA
中通过软件对基准脉冲多次分
频
,
产生需要频率的脉冲信号输出。对脉宽和延时
和高可靠性。本文选用了
Altera
公司常用的
FLEX
10K
系列的
EPF10K20TI144
。
FLEX10K
是
Al
2
tera
公司于
1998
年推出的第
1
个集成了嵌入式阵
列块
(
EAB
)
的
PLD,
开辟了可编程逻辑的新纪元。
它因具有高密度、低成本、低功率等特点而成为
Al
2
tera
公司
PLD
中应用前景最好的器件系列之一。
FPGA
使用时常常在
FPGA
器件的外部配置非易
失性的存储器。
EPC2
具有在系统编程的功能。
FPGA
器件与
EPC2
的连接图见图
3
。
2
系统软件设计
多路触发器系统控制软件设计流程见图
4
。
MCU
部分主要负责与外界的接口
,
即选择、调整和
・
352
・
Feb.2009High
Voltage
EngineeringVol.35No.2
图
2
MCU
部分的电路原理图
Fig.2
CircuitdiagramofMCUmodule
图
3
FPGA
与
EPC2
连接图
Fig.3
ConnectiondiagramofFPGAwithEPC
电路的调整
,
为了保持精度
,
仍然用
40MHz
的基准
脉冲。调整的参数预置中使用了
Altera
公司提供
的参数化的宏功能模块库
(
libraryparameterized
modules,LPM
)
,
用
LPM
2
DECODE
参数化译码器
完成
MCU
的
P2
口传来的调整参数识别。
MCU
传
送来的调整参数数值在
FPGA
中通过锁存器实现
地址和数据锁存
,
锁存器采用
74273
实现。
FPGA
内部相关模块的设计原理图见图
5
。
2009
年
2
月高 电 压 技 术第
35
卷第
2
期
・
353
・
图
4
基于
FPGA
的多路触发器系统控制流程图
Fig.4
Controlflowchartofmultichannel
triggerbasedonFPGA
3
实验测试结果
多路触发器输出的测量波形见图
6
。通过多路
触发器参数调整按键向单片机输入频率参数
100,
在多路触发器的初始脉冲输出端口得到了图
6
中的
R4
脉冲信号波形。
Ch2
显示在外部按键对
R4
脉
冲信号脉宽增加
0
1
4
μ
s
时所得波形
,Ch3
显示在对
R4
脉冲信号延时
0
1
8
μ
s
时所得波形。
多路触发器产生的触发信号须经过驱动电路才
能控制高压
IGBT
开关。
IGBT
的驱动电路使用了
模块
2SD315AI
2
33,
它是瑞士
CONCEPT
公司专门
为
3300V
高压
IGBT
的可靠工作和安全运行而设
计的驱动模块
[15,16]
,
是以专用芯片组为基础
,
高集
成度
,
高功率的双
IGBT
驱动器。其两通道在其控
制部分与功率输出部分具有电气隔离的特性
,
每通
道平均输出功率为
3W,
最大峰值电流是
15A
。该
模块具有准确可靠的驱动功能和灵活可调完善的过
流过压保护功能。实验测试装置图见图
7
。
通过多路触发器可产生
50Hz
脉冲信号。驱动
电路输出波形见图
8,Ch1
显示
IGBT
栅极电流波
形。
Ch2
显示栅极和源级间的电压波形。
图
5
FPGA
内部模块设计原理图
Fig.5
BlockdiagramofmodulebasedonFPGA
图
6
基于
FPGA
的多路触发器输出波形
Fig.6
Outputwaveformofthemultichannel
triggerbasedonFPGA
路触发器满足高压
IGBT
对触发信号的要求
,
提高
了整个脉冲发生系统的稳定性。
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设计了基于
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的多路高压
IGBT
驱动触发器。
它可以产生多路延时、脉宽和频率可调的光触发信
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具有信号精度高、干扰小、调整灵活的特点。通
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栅极电流
;
Ch2:G
2
E
间电压波形
)
Fig.8
Outputwaveformofdrivecircuit
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修回日期
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编辑 卫李静