本發(fā)明屬于電力電子領域，更具體地，涉及一種信號功率復合隔離傳輸電路的控制方法及裝置。

背景技術：

1、功率器件耐壓水平的提升顯著改善了中高壓變換器系統(tǒng)的尺寸、效率和成本，促進了固態(tài)變壓器、中壓驅動和中壓變流器等的中高壓應用市場快速發(fā)展。但這些發(fā)展給變換器設計帶來了一些具體的挑戰(zhàn)，其中隔離柵極驅動設計是一個主要問題。常規(guī)隔離柵極驅動采用數(shù)字隔離器傳輸驅動信號，但工作電壓等級不高于1.7kv。3.3kv及以上電壓，需要采用光纖或光耦傳輸隔離信號，但成本高、體積大、對高溫敏感(-40℃～85℃)，難以集成。驅動信號和功率的復合傳輸將形成集成度更高的驅動技術，并也將促使隔離柵極驅動集成到芯片和功率器件模塊封裝，提高可靠性和優(yōu)化開關特性。

2、現(xiàn)有單隔離通道復合傳輸方法中，驅動信號直接作為驅動功率的控制信號，或經(jīng)高頻載波調制后作為驅動功率的控制信號，形成帶有信號特征信息的功率流。但驅動信號與功率共用同一路調制方式，功率開關頻率即信號載波頻率，調制自由度低，導致驅動信號傳輸速率低、頻率和占空比范圍小，也影響驅動功率傳輸效率、輸出穩(wěn)壓以及功率密度等。同時，現(xiàn)有研究忽略了柵極驅動中反向信號傳輸功能，無法實現(xiàn)故障信號和電壓閉環(huán)信號反饋等基本要求。

技術實現(xiàn)思路

1、針對相關技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種信號功率復合隔離傳輸電路的控制方法及裝置，旨在解決驅動信號與功率共用同一路調制，調制自由度低，傳輸效率低的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種信號功率復合隔離傳輸電路的控制方法及裝置，包括：

3、判斷信號功率復合隔離傳輸電路中是否存在需要傳輸?shù)男盘?，若是，則切換信號功率復合隔離傳輸電路的工作狀態(tài)為信號傳輸工作狀態(tài)；若否，則切換信號功率復合隔離傳輸電路的工作狀態(tài)為功率傳輸工作狀態(tài)；其中，需要傳輸?shù)男盘柊寗有盘?、復原的驅動信號、故障信號和反饋信號?/p>

4、當處于信號傳輸工作狀態(tài)時，對驅動信號、復原的驅動信號、故障信號和反饋信號進行特征信號提取和信號調制；將調制后的驅動信號由單隔離變壓器的原邊隔離傳輸至副邊，并進行解調；調制后的故障信號、復原的驅動信號和反饋信號由單隔離變壓器的副邊隔離傳輸至原邊，并進行解調；

5、當處于功率傳輸工作狀態(tài)時，將驅動功率由單隔離變壓器的原邊隔離傳輸至副邊；

6、其中，所述隔離傳輸電路處于信號傳輸工作狀態(tài)時，為信號傳輸時隙；所述隔離傳輸電路處于功率傳輸工作狀態(tài)時，為功率傳輸時隙；所述信號傳輸時隙遠小于功率傳輸時隙。

7、可選的，所述對驅動信號、復原的驅動信號、故障信號和反饋信號進行特征信號提取，包括：

8、對獲取的驅動信號、復原的驅動信號和故障信號采用異步模式，提取出驅動信號及復原的驅動信號的上升和下降邊沿以及故障信號的上升邊沿，分別得到對應的特征信號；

9、對獲取的反饋信號采用同步模式，經(jīng)過信號采樣、模數(shù)轉換后，得到對應的特征信號。

10、可選的，所述對驅動信號、復原的驅動信號、故障信號和反饋信號進行信號調制，包括：

11、將驅動信號對應的兩個特征信號通過脈沖式調制方法調制為具有第一組合方式的第一短脈沖序列；所述第一短脈沖序列包括由上升邊沿對應三個具有第一時間間隔的短脈沖和下降邊沿對應兩個具有第二時間間隔的短脈沖；第一短脈沖序列的時長小于功率傳輸?shù)母綦x電源的電壓控制信號脈寬；

12、將復原的驅動信號、故障信號和反饋信號對應的特征信號通過脈沖式調制方法調制為具有第二組合方式的第二短脈沖序列；所述第二短脈沖序列包括依次設置的標識符、時鐘脈沖、狀態(tài)脈沖，其中，狀態(tài)脈沖包括三個脈沖，分別表示故障信號、復原的驅動信號和反饋信號的狀態(tài)。

13、可選的，對第一短脈沖序列進行解調包括：

14、將經(jīng)過隔離傳輸?shù)牡谝欢堂}沖序列通過脈沖計數(shù)方式進行解調，在接收到第一個脈沖起，在第一短脈沖序列的時長內(nèi)進行計數(shù)，若出現(xiàn)三個脈沖，則解調為驅動信號的上升邊沿，若出現(xiàn)兩個脈沖，則解調為驅動信號的下降邊沿，得到驅動信號；

15、對第二短脈沖序列進行解調包括：

16、將經(jīng)過隔離傳輸?shù)牡诙堂}沖序列通過時鐘定位方式進行解調，在接收到時鐘脈沖起，經(jīng)過不同延時，將每個狀態(tài)脈沖與時鐘脈沖進行比較，解調出故障信號、復原的驅動信號和反饋信號。

17、第二方面，本發(fā)明還提供一種信號功率復合隔離傳輸電路的控制裝置，用于執(zhí)行如第一方面任一項所述的控制方法，包括：

18、信號判斷模塊，用于判斷信號功率復合隔離傳輸電路中是否存在需要傳輸?shù)男盘枺羰?，則切換信號功率復合隔離傳輸電路的工作狀態(tài)為信號傳輸工作狀態(tài)；若否，則切換信號功率復合隔離傳輸電路的工作狀態(tài)為功率傳輸工作狀態(tài)；其中，需要傳輸?shù)男盘柊寗有盘枴驮尿寗有盘?、故障信號和反饋信號?/p>

19、傳輸模塊，用于當處于信號傳輸工作狀態(tài)時，對驅動信號、復原的驅動信號、故障信號和反饋信號進行特征信號提取和信號調制；將調制后的驅動信號由單隔離變壓器的原邊隔離傳輸至副邊，并進行解調；調制后的故障信號、復原的驅動信號和反饋信號由單隔離變壓器的副邊隔離傳輸至原邊，并進行解調；當處于功率傳輸工作狀態(tài)時，將驅動功率由單隔離變壓器的原邊隔離傳輸至副邊；

20、其中，所述隔離傳輸電路處于信號傳輸工作狀態(tài)時，為信號傳輸時隙；所述隔離傳輸電路處于功率傳輸工作狀態(tài)時，為功率傳輸時隙；所述信號傳輸時隙遠小于功率傳輸時隙。

21、可選的，所述信號判斷模塊包括正向信號判斷模塊和反向信號判斷模塊；

22、所述正向信號判斷模塊用于判斷信號功率復合隔離傳輸電路中是否存在驅動信號，若是，則切換信號功率復合隔離傳輸電路的工作狀態(tài)為正向信號傳輸工作狀態(tài)；

23、所述反向信號判斷模塊用于判斷信號功率復合隔離傳輸電路中是否存在復原的驅動信號、故障信號和反饋信號，且不存在驅動信號；若是，則切換信號功率復合隔離傳輸電路的工作狀態(tài)為反向信號傳輸工作狀態(tài)；若否，則維持正向信號傳輸工作狀態(tài)；

24、所述傳輸模塊包括正向信號傳輸模塊和反向信號傳輸模塊；

25、所述正向傳輸模塊用于在信號功率復合隔離傳輸電路為正向信號傳輸工作狀態(tài)時，對驅動信號進行特征信號提取和信號調制，對調制后的故障信號、復原的驅動信號和反饋信號進行解調；

26、所述反向信號傳輸模塊用于在信號功率復合隔離傳輸電路處于反向信號傳輸工作狀態(tài)時，對復原的驅動信號、故障信號和反饋信號進行特征信號提取和信號調制，對調制后的驅動信號進行解調。

27、可選的，所述正向信號傳輸模塊和正向信號判斷模塊構成正向信號電路，所述正向信號電路包括正向信號調制電路和正向信號解調電路；

28、所述正向信號調制電路包第一延時器delay1、第二延時器delay2、第三延時器delay3、第四延時器delay4、異或門xor、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、第一信號邊沿提取電路、第一比較器com1、第一或門or1、第二或門or2、第一反相器inv1、第一與門and1、第二與門and2和半橋驅動電路；

29、所述第一延時器delay1、異或門xor、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、第二延時器delay2、第一信號邊沿提取電路、第三延時器delay3、第四延時器delay4依次連接；

30、所述第一比較器com1、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和第一或門or1和第一反相器inv1依次連接；所述第一或門or1輸出第三控制信號；

31、所述第一反相器inv1的輸出端連接至第一與門and1的輸入端，第一與門and1和半橋驅動電路連接，所述半橋驅動電路輸出第一半橋控制信號和第二半橋控制信號，所述第二半橋控制信號作為第二控制信號；

32、所述第三延時器delay3還與第二與門and2連接；第一信號邊沿提取電路、第二與門and2、第四延時器delay4的輸出端，以及半橋驅動電路輸出的第一半橋控制信號，分別連接至第二或門or2，輸出第一控制信號；

33、所述第一控制信號、第二控制信號和第三控制信號用于控制所述主傳輸電路中第一開關器件、第二開關器件和第三開關器件的開通與關斷；

34、所述正向信號解調電路包括第三電阻r3、第四電阻r4、第二比較器com2、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、第一d觸發(fā)器dff1、第一d觸發(fā)器dff2、第三d觸發(fā)器dff3、第二反相器inv2、第三反相器inv3、第五延時器delay5、第三與門and3、第四與門and4、rs觸發(fā)器rsff；

35、隔離變壓器副邊第一端口電壓va通過第三電阻r3和第四電阻r4串聯(lián)后接地，串聯(lián)連接點作為采樣電壓與第二閾值電壓vref2輸入至第二比較器com2；第二比較器com2輸出判別信號一，電壓為vf1；所述判別信號一輸入所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸入端，輸出判別信號二，電壓為vf2；

36、所述判別信號一接至第一d觸發(fā)器dff1的時鐘輸入端；所述判別信號二接至第一d觸發(fā)器dff1的數(shù)據(jù)輸入端；

37、所述判別信號二通過第二反相器inv2接至第一d觸發(fā)器dff1的復位端、第二d觸發(fā)器dff2和第三d觸發(fā)器dff3的時鐘輸入端；

38、第一d觸發(fā)器dff1的反相輸出端連接第三反相器inv3后分別連接第三d觸發(fā)器dff3的數(shù)據(jù)輸入端和第五延時器delay5，第五延時器delay5與第二d觸發(fā)器dff2的數(shù)據(jù)輸入端；

39、第二d觸發(fā)器dff2和第三d觸發(fā)器dff3的同相輸出端接至第三與門and3；

40、第二d觸發(fā)器dff2的同相輸出端和第三d觸發(fā)器dff3的反相輸出端接至第四與門and4，第三與門and3和第四與門and4的輸出端分別接至rs觸發(fā)器rsff的置位端s和復位端r，rs觸發(fā)器rsff的輸出端為復原的驅動信號sigre-gd。

41、可選的，所述反向傳輸模塊和反向信號判斷模塊構成反向信號電路，所述反向信號電路包括反向信號調制電路和反向信號解調電路；

42、所述反向信號電路包括第三或門or3、第四或門or4、第五或門or5、第六延時器delay6、第七延時器delay7、第八延時器delay8、第九延時器delay9、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和第二信號邊沿提取電路；

43、所述故障信號、復原的驅動信號和反饋信號分別接入第七延時器delay7、第八延時器delay8、第九延時器delay9和第三或門or3的輸入端，第三或門or3的輸出端連接至第六延時器delay6的輸入端；所述第六延時器delay6、第七延時器delay7、第八延時器delay8、第九延時器delay9的輸出端連接至所述第二信號邊沿提取電路的輸入端，所述第二信號邊沿提取電路的輸出端接入所述第四或門or4的輸入端，所述第四或門or4的輸出信號作為第四控制信號；

44、所述第三或門or3的輸出端還連接至所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸入端，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的輸出端和第二信號邊沿提取電路的輸出端接入所述第五或門or5的輸入端，所述第五或門or5的輸出信號作為第五控制信號；

45、所述第四控制信號和第五控制信號用于控制所述主傳輸電路中第四開關器件和第五開關器件的開通與關斷；

46、所述反向信號解調電路包括第五電阻r5、第六電阻r6、三極管npn、第三比較器com3、第五與門and5、第六與門and6、第七與門and7、第八與門and8、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、第三信號邊沿提取電路、第十延時器delay10、第十一延時器delay11、第十二延時器delay12、第六或門or6、第四d觸發(fā)器dff4；

47、隔離變壓器副邊第一端口電壓vsw接入npn的集電極，npn的發(fā)射極通過第五電阻r5接地，npn的基極通過第六電阻r6接至5v；npn的基極與第三閾值電壓vref3共同連接至第三比較器com3的輸入端，第三比較器com3的輸出端與第三控制信號共同連接至第五與門and5的輸入端，第五與門and5的輸出端為檢測信號；

48、檢測信號依次通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、第三信號邊沿提取電路、第十延時器delay10、第十一延時器delay11、第十二延時器delay12，在每個延時器的輸出端輸出三個呈一定時間間隔的時鐘信號，電壓分別為vclock1～vclock3；

49、檢測信號分別與三個時鐘信號輸入第六與門and6、第七與門and7和第八與門and8的輸入端，分別輸出三個位解調信號rbit1～rbit3；

50、第三解調信號rbit3與檢測信號接入第六或門or6的輸入端，第六或門or6的輸出端接至第四d觸發(fā)器dff4的時鐘輸入端，第三解調信號rbit3輸入第四d觸發(fā)器dff4的數(shù)據(jù)輸入端，第四d觸發(fā)器dff4的同相輸出端輸出復原的反饋信號sigre-fb。

51、通過本發(fā)明所構思的以上技術方案，與現(xiàn)有技術相比，能夠取得以下有益效果：

52、1、本發(fā)明提供了一種信號功率復合隔離傳輸電路的控制方法，判斷是否需要傳輸信號，在不同時隙采用獨立支路分別傳輸信號流和功率流，使得驅動信號和驅動功率控制信號在時間上相互獨立，信號傳輸占用的時隙遠小于功率傳輸時隙，從而構建解耦傳輸架構，可分別靈活設計電路以滿足信號和功率傳輸要求，解決了驅動信號與功率共用同一路調制，調制自由度低，傳輸效率低的問題。實現(xiàn)了驅動信號的高保真以及驅動功率的高效傳輸。相比于傳統(tǒng)驅動架構，不需要額外的隔離電源模塊或信號隔離單元，無需數(shù)字處理器和專用芯片，元器件數(shù)量少，成本低、體積小。

53、2、本發(fā)明提供了一種信號功率復合隔離傳輸電路的控制方法，基于時分多路復用技術，使各種信號和驅動功率通過單隔離變壓器傳輸。通過時隙分配，實現(xiàn)了正反向信號的雙工傳輸，包括器件故障信號(器件過流、過壓和過熱信號)、復原的驅動信號和驅動電源反饋信號(電源輸出電壓或電流信息)，保證驅動和器件的高效可靠運行。

54、3、本發(fā)明提供了一種信號功率復合隔離傳輸電路的控制方法，采用全新的脈沖式調制方法，帶寬和載波利用率高，從而降低了信號傳輸延遲和脈寬失真度，并有效提高了信號傳輸頻率和分辨率，使得信號傳輸質量大幅提高。