IS200DSFCG1A je 1000/1800 Amp IGBT Gate Driver/Shunt Feedback Board navržená společností General Electric (GE) pro její produktovou řadu Innovation Series™. Tato deska je kritickou součástí řady DSFC, která se primárně používá ve zdrojových můstcích s modulací šířky pulzu (PWM) a v systémech střídavých pohonů. DSFCG1A integruje obvod snímání proudu, obvod detekce poruchy a dva obvody pohonu hradla IGBT. Oba obvody budiče a zpětné vazby využívají technologie galvanické a optické izolace k zajištění bezpečné izolace mezi vysokonapěťovou a nízkonapěťovou stranou.
Tato deska je speciálně navržena pro aplikace měniče/zdroje se vstupem 600 V LL rms AC a podporuje systémy měničů dimenzované pro úrovně proudu 1000 A i 1800 A. V systému 1000 A je vyžadována jedna deska DSFC na fázi, celkem tři desky. V systému 1800 A jsou vyžadovány dvě desky DSFC zapojené v konfiguraci 'daisy chain' na fázi, celkem šest desek. DSFCG1A se propojuje s řídicím systémem měniče prostřednictvím IS200BPIB Drive Bridge Personality Interface Board (BPIB).
Deska DSFCG1A je namontována přímo na horní a spodní modul IGBT každé fázové větve, aby bylo zajištěno, že výstupní a bočníkové vstupy jsou co nejkratší, čímž se minimalizuje parazitní indukčnost a rušení signálu. Deska je zajištěna k IGBT prostřednictvím připojení brány, emitoru a kolektoru. Správná orientace montážních otvorů desky při instalaci je nezbytná.
II. Hlavní funkce
Mezi primární funkce IS200DSFCG1A patří, ale nejsou omezeny na, následující:
1. Výstupní fáze Gate Drive
Poskytuje dva izolované obvody IGBT brány: jeden ovládá horní IGBT fázového ramene, druhý ovládá spodní IGBT.
Každý budicí obvod může řídit dva paralelní IGBT moduly.
Rozsah napětí měniče je VCC (+15 V) až VEE (-15 V), s emitorem IGBT jako společným.
Špičkový zdroj/spotřebičový proud je až 20 A.
Maximální frekvence PWM je 6 kHz.
Vstupní diody optočlenu pro řízení pohonu jsou zapojeny v antiparalelní konfiguraci, což umožňuje ovládání horních i dolních IGBT z jediné diferenciální kroucené dvoulinky.
Sériové hradlové odpory a hradlové kondenzátory na desce jsou speciálně dimenzovány pro moduly IGBT.
2. Detekce a hlášení poruch
DSFCG1A dokáže detekovat dva typy poruch: Desaturační poruchu a Podpěťovou poruchu. Tyto poruchy jsou hlášeny prostřednictvím jediné 'multiplexní' diferenciální poruchové linky pokrývající horní i dolní IGBT obvody.
Desaturační chyba: Když je řidiči přikázáno zapnout IGBT, je monitorován pokles napětí na emitor-kolektoru IGBT. Pokud toto napětí překročí 10 V po dobu 4 mikrosekund, spustí se porucha desaturace. Při desaturační poruše deska BPIB provozuje desku DSFC v režimu 'burst' pomocí signálu 2 MHz PWM k pomalému snížení napětí hradla na nulu během 2 až 5 mikrosekund.
Porucha podpětí: Je monitorováno napětí mezi kladným zdrojem napájení měniče (+15 V) a záporným zdrojem napájení měniče (-15 V). Pokud toto napětí klesne pod 20 V, spustí se podpěťová porucha.
Poruchové signály jsou logicky OR, opticky izolovány a hlášeny do řídicí logiky přes rozhraní diferenciálního ovladače. V normálním (OK) stavu je optočlen ZAPNUTÝ (nízký výstup).
3. Zpětná proudová zpětná vazba
Výstupní fázový proud je monitorován snímáním poklesu napětí na fázovém bočníku. Toto napětí je zesíleno a přivedeno do obvodu VCO (Voltage Controlled Oscilator). Frekvenční rozsah VCO je 0 až 2 MHz, přičemž obvod je nastaven na 1 MHz při nulovém proudu. Změna bočníkového napětí ±200 mV se převede na změnu výstupní frekvence VCO o ±800 kHz. Výstup VCO je opticky izolován a přenášen do řídicí logiky přes rozhraní diferenciálního ovladače.
Obvod proudové zpětné vazby může generovat dva typy poruch:
Porucha DI/DT: 100% nebo větší skoková změna jmenovitého bočníkového proudu způsobí, že během 25 mikrosekund bude hlášena porucha DI/DT.
Okamžitá chyba nadproudu (IOC): Chyba IOC je hlášena, když proud překročí nastavenou prahovou hodnotu.
4. Napájecí zdroje
Vysokonapěťová strana obvodů budiče/monitoru je napájena oddělovacím transformátorem. Primární část tohoto transformátoru je připojena k ±17,7 V špičce (35,4 V špička-špička), 25 kHz obdélníkové vlny. Mezi třemi sekundárními vinutími:
Dvě sekundáry jsou půlvlnně usměrněny a filtrovány tak, aby poskytovaly izolované +15 V (VCC) a -15 V (VEE) vyžadované horním a dolním obvodem IGBT budiče (neregulované, ±5 %, každý průměrně 1 A).
Třetí sekundární je celovlnně usměrněno a filtrováno, aby bylo zajištěno izolované ±12 V požadované obvodem zpětné vazby bočníkového proudu VCO a obvodem detekce poruchy (neregulováno, ±10 %, každý průměrný maximální proud 100 mA).
Boční obvod také vyžaduje logické napájení 5 V generované lineárním regulátorem 5 V připojeným k napájení +12 V (±10 %, průměrné maximum 100 mA). Regulováno je pouze napájení 5 V.
Maximální zatížení je následující:
±17,7 V: 0,65 A rms
+5 V: 150 mA
5. Indikátory stavu LED
Deska DSFCG1A obsahuje pět LED indikátorů pro zobrazení stavu stejnosměrného meziobvodu a IGBT ovladače:
| LED |
Nomenklatura |
Popis |
| DS1 |
LINK NAD 50V |
Červená LED: SVÍTÍ, když je napětí meziobvodu > 50 V; VYPNUTO při < 50 V |
| DS2 |
UFF |
Zelená LED: SVÍTÍ, když jsou horní IGBT řízeny VYPNUTY; VYPNUTO při jízdě ON |
| DS3 |
LFF |
Zelená LED: SVÍTÍ, když jsou spodní IGBT řízeny VYPNUTY; VYPNUTO při jízdě ON |
| DS4 |
UON |
Žlutá LED: SVÍTÍ, když jsou horní IGBT zapnuty; VYP při jízdě VYP |
| DS5 |
LON |
Žlutá LED: svítí, když jsou spodní IGBT zapnuty; VYP při jízdě VYP |
III. Systémové aplikace
1. Aplikace v Drive Systems
IS200DSFCG1A je nezbytnou součástí pohonných systémů GE Innovation Series™ PWM. Mezi jeho role v systému patří:
Brána: Poskytuje spolehlivé zapínací a vypínací signály pro IGBT moduly a zajišťuje správnou funkci výkonových spínačů.
Proudová zpětná vazba: Přesně měří fázový proud přes bočník a převádí proudový signál na frekvenční signál pro řízení v uzavřené smyčce řídicím systémem.
Ochrana proti poruchám: Nepřetržitě monitoruje provozní stav IGBT a rychle hlásí poruchy, jako je desaturace, podpětí nebo nadproud, aby byla chráněna výkonová zařízení a zátěž.
2. Konfigurace systému
Systém 1000 A: Používá 1 desku DSFCG1A na fázi, celkem 3 desky pro tři fáze. Každá deska se připojuje k desce BPIB přes konektor PPL1.
Systém 1800 A: Používá 2 desky DSFCG1A na fázi, zapojené v řetězci. Hlavní deska se připojuje k BPIB přes PPL1; podřízená deska se připojuje k nadřízenému PPL1 přes jeho konektor PPL2 pro průchod signálu.
3. Typické aplikační scénáře
Průmyslové střídavé frekvenční měniče
PWM měniče
Centra řízení motoru
Řízení buzení pro energetické systémy
Železniční trakční systémy
Námořní elektrické pohonné systémy
IV. Pokyny k instalaci a zapojení
1. Místo montáže
Deska DSFCG1A se montuje přímo na moduly IGBT. Během instalace se ujistěte, že očka na desce jsou správně zarovnána s hradlem, emitorem a kolíky kolektoru modulů IGBT. Zajistěte desku pomocí dodaného hardwaru, abyste zajistili spolehlivé elektrické připojení.
2. Kroky instalace
Ujistěte se, že je systém pohonu VYPNUTÝ a ponechte dostatek času (několik minut), než se kondenzátory vybijí.
Otevřete dvířka skříně měniče a vyhledejte desku DSFC, kterou chcete nainstalovat nebo vyměnit.
Zarovnejte desku DSFC s montážními kolíky IGBT a ujistěte se, že všechna oka správně sedí.
Zajistěte desku pomocí 10 matic a utáhněte je na 70 in-lb.
Znovu připojte všechny kabely podle jejich štítků a ujistěte se, že jsou konektory zcela usazeny.
3. Popis zapojení
Stab-on svorky: Používají se pro připojení stejnosměrného meziobvodu a vedení pro snímání výstupního fázového napětí.
E1: Linka snímání výstupního fázového napětí (MVFB)
E17: DC Link pozitivní (DCLP)
E18: DC link záporný (DCLN)
Montážní oka IGBT: Používají se pro připojení k IGBT bráně, emitoru a kolektoru.
UC: Upper Collector Link (DC link pozitivní)
UGA/UEA: Horní A Device Gate/Emitter
UGB/UEB: Horní B Device Gate/Emitter
LGA/LEA: Dolní brána/emitor zařízení
LGB/LEB: Dolní brána/vysílač zařízení B
LE: Link dolního emitoru (DC meziobvod záporný)
Konektory:
PPL1: Připojuje se k desce BPIB, přenáší signály měniče, poruchové signály, signály VCO a napájení.
PPL2: Připojuje se k další desce DSFC v řetězci (používá se pouze v systémech 1800 A).
SHPL: Připojuje se k proudovému bočníku, vstupu pro signál bočníku.
THPL/THPL1/THPL2: Připojení pro odporové tepelné detektory (RTD) nebo průchozí připojení pro řetězení.
DPPL1/DPPL2: Přijímá 18,4 V AC špičkový výkon obdélníkových vln z BPIB nebo funguje jako průchod energie pro řetězení.
V. Diagnostika a údržba
1. Indikace stavu
Stav systému lze rychle vyhodnotit pomocí pěti vestavěných LED diod:
DS1 (červený): Indikátor napětí stejnosměrného meziobvodu. Měl by být zapnutý během normálního provozu, když napětí sběrnice překročí 50 V.
DS2/DS3 (zelená): Horní/dolní indikátory stavu IGBT VYPNUTO. ZAPNUTO, když jsou IGBT poháněny VYPNUTO, VYPNUTO, když jsou zapnuty.
DS4/DS5 (žlutá): Horní/dolní indikátory stavu IGBT ON. ON, když jsou IGBT poháněny ON, OFF, když jsou poháněny OFF.
Během normálního provozu PWM mohou být DS2 a DS3 trvale zapnuté nebo se mohou střídat s DS4/DS5 v závislosti na stavu, zatímco DS4 a DS5 by měly blikat podle pulzů PWM.
2. Diagnostika závad
DSFCG1A poskytuje komplexní detekci chyb, čitelné prostřednictvím desky BPIB:
Desaturační chyba: Typicky indikuje nadproud nebo zkrat IGBT. Zkontrolujte zátěž a moduly IGBT.
Porucha podpětí: Označuje nedostatečné napájecí napětí měniče. Zkontrolujte napájecí obvod.
Porucha DI/DT: Označuje nadměrnou rychlost změny proudu, pravděpodobně v důsledku přechodných zátěží nebo anomálií řízení.
IOC Fault: Indikuje okamžitý nadproud. Zkontrolujte obvod zátěže a proudové zpětné vazby.
3. Bezpečnostní opatření pro údržbu
Při manipulaci s deskou dodržujte opatření týkající se ESD (Elektrostatický výboj). Noste uzemňovací pásek a ukládejte desky do antistatických sáčků.
Nepřipojujte ani neodpojujte kabely, když je připojeno napájení, abyste předešli poškození desky nebo ohrožení bezpečnosti.
Pravidelně kontrolujte konektory, zda nejsou uvolněné, a ověřte normální provoz LED.
Při výměně desky se ujistěte, že má nová deska správné číslo modelu (IS200DSFCG1A) a věnujte pozornost orientaci montáže a specifikacím krouticího momentu.
