La IS200DSFCG1A es una placa de retroalimentación de derivación/controlador de puerta IGBT de 1000/1800 amperios diseñada por General Electric (GE) para su línea de productos Innovation Series™. Esta placa es un componente crítico dentro de la serie DSFC, y se utiliza principalmente en puentes de fuente con modulación de ancho de pulso (PWM) y sistemas de accionamiento de CA. El DSFCG1A integra un circuito de detección de corriente, un circuito de detección de fallas y dos circuitos de accionamiento de puerta IGBT. Tanto el circuito controlador como el de retroalimentación utilizan tecnologías de aislamiento galvánico y óptico para garantizar un aislamiento seguro entre los lados de alto y bajo voltaje.
Esta placa está diseñada específicamente para aplicaciones de variador/fuente con entrada de CA de 600 V LL rms y admite sistemas de variador clasificados para niveles de corriente de 1000 A y 1800 A. En un sistema de 1000 A, se requiere una placa DSFC por fase, totalizando tres placas. En un sistema de 1800 A, se requieren dos placas DSFC conectadas en una configuración de 'cadena tipo margarita' por fase, para un total de seis placas. El DSFCG1A interactúa con el sistema de control del variador a través de la placa de interfaz de personalidad del puente del variador (BPIB) IS200BPIB.
La placa DSFCG1A se monta directamente en los módulos IGBT superior e inferior de cada tramo de fase para garantizar que las conexiones de salida del controlador de puerta y de entrada de derivación sean lo más cortas posible, minimizando así la inductancia parásita y la interferencia de señal. La placa está asegurada a los IGBT mediante conexiones de puerta, emisor y colector. Es esencial la orientación adecuada de los orificios de montaje de la placa durante la instalación.
II. Funciones principales
Las funciones principales del IS200DSFCG1A incluyen, entre otras, las siguientes:
1. Accionamiento de puerta de fase de salida
Proporciona dos circuitos de accionamiento de compuerta IGBT aislados: uno que controla los IGBT superiores de un tramo de fase y el otro que controla los IGBT inferiores.
Cada circuito de accionamiento puede controlar dos módulos IGBT en paralelo.
El rango de voltaje del variador es VCC (+15 V) a VEE (-15 V), con el emisor IGBT como común.
La capacidad máxima de corriente de fuente/disipador es de hasta 20 amperios.
La frecuencia máxima de corte PWM es de 6 kHz.
Los diodos de entrada del optoacoplador de control del variador están conectados en una configuración antiparalela, lo que permite el control de los IGBT superiores e inferiores desde una única línea de control diferencial de par trenzado.
Las resistencias de la serie de compuerta y los capacitores de emisor de compuerta de la placa están dimensionados específicamente para los módulos IGBT.
2. Detección e informes de fallas
El DSFCG1A puede detectar dos tipos de fallas: falla de desaturación y falla de subtensión. Estas fallas se informan a través de una única línea de falla diferencial 'multiplexada' que cubre los circuitos IGBT superior e inferior.
Fallo de desaturación: cuando se ordena al controlador que encienda el IGBT, se monitorea la caída de voltaje en el emisor-colector del IGBT. Si esta tensión supera los 10 V durante 4 microsegundos, se activa un fallo de desaturación. Ante una falla de desaturación, la placa BPIB opera la placa DSFC en modo 'ráfaga', usando una señal PWM de 2 MHz para reducir lentamente el voltaje de la puerta a cero en 2 a 5 microsegundos.
Fallo de subtensión: Se monitorea el voltaje entre la fuente de alimentación del variador positivo (+15 V) y la fuente de alimentación del variador negativo (-15 V). Si esta tensión cae por debajo de 20 V, se produce un fallo de subtensión.
Las señales de falla se conectan lógicamente con OR, se aíslan ópticamente y se informan a la lógica de control a través de una interfaz de controlador diferencial. En el estado normal (OK), el optoacoplador está ENCENDIDO (salida baja).
3. Retroalimentación de corriente en derivación
La corriente de la fase de salida se monitorea detectando la caída de voltaje a través de la derivación de fase. Este voltaje se amplifica y se alimenta a un circuito de oscilador controlado por voltaje (VCO). El rango de frecuencia del VCO es de 0 a 2 MHz, con el circuito polarizado para generar 1 MHz con corriente cero. Un cambio de ±200 mV en el voltaje de derivación se convierte en un cambio de ±800 kHz en la frecuencia de salida del VCO. La salida VCO está ópticamente aislada y transmitida a la lógica de control a través de una interfaz de controlador diferencial.
El circuito de realimentación actual puede generar dos tipos de fallas:
Fallo DI/DT: Un cambio de paso del 100% o más en la corriente nominal de derivación provocará que se informe un fallo DI/DT dentro de los 25 microsegundos.
Fallo de sobrecorriente instantánea (IOC): se informa un fallo de IOC cuando la corriente excede un umbral establecido.
4. Fuentes de alimentación
El lado de alto voltaje de los circuitos del controlador/monitor está alimentado por un transformador de aislamiento. El primario de este transformador está conectado a una onda cuadrada de ±17,7 V pico (35,4 V pico a pico) de 25 kHz. Entre los tres devanados secundarios:
Dos secundarios están rectificados y filtrados en media onda para proporcionar +15 V (VCC) y -15 V (VEE) aislados requeridos por los circuitos controladores IGBT superior e inferior (no regulados, ±5 %, 1 A máximo promedio cada uno).
El tercer secundario está rectificado y filtrado de onda completa para proporcionar ±12 V aislados requeridos por el VCO de retroalimentación de corriente en derivación y el circuito de detección de fallas (no regulado, ±10 %, 100 mA promedio máximo cada uno).
El circuito en derivación también requiere un suministro lógico de 5 V, generado por un regulador lineal de 5 V conectado al suministro de +12 V (±10 %, 100 mA promedio máximo). Sólo se regula la alimentación de 5 V.
Las cargas máximas son las siguientes:
±17,7 V: 0,65 A eficaces
+5V: 150mA
5. Indicadores LED de estado
La placa DSFCG1A cuenta con cinco indicadores LED para mostrar el estado del enlace de CC y del controlador IGBT:
| de LED |
Nomenclatura |
Descripción |
| DS1 |
ENLACE POR ENCIMA DE 50V |
LED rojo: encendido cuando la tensión del enlace CC > 50 V; APAGADO cuando < 50 V |
| DS2 |
UFF |
LED verde: ENCENDIDO cuando los IGBT superiores están APAGADOS; APAGADO cuando se conduce ON |
| DS3 |
LFF |
LED verde: ENCENDIDO cuando los IGBT inferiores están APAGADOS; APAGADO cuando se conduce ON |
| DS4 |
UNO |
LED amarillo: ENCENDIDO cuando los IGBT superiores están encendidos; APAGADO cuando se conduce APAGADO |
| DS5 |
lon |
LED amarillo: ENCENDIDO cuando los IGBT inferiores están encendidos; APAGADO cuando se conduce APAGADO |
III. Aplicaciones del sistema
1. Aplicación en sistemas de accionamiento
El IS200DSFCG1A es un componente esencial en los sistemas de accionamiento PWM GE Innovation Series™. Sus funciones dentro del sistema incluyen:
Conducción de puerta: proporciona señales confiables de encendido y apagado a los módulos IGBT, lo que garantiza el funcionamiento adecuado de los interruptores de alimentación.
Realimentación de corriente: Mide con precisión la corriente de fase a través de una derivación y convierte la señal de corriente en una señal de frecuencia para el control de circuito cerrado por parte del sistema de control.
Protección contra fallas: monitorea continuamente el estado operativo del IGBT, informando rápidamente fallas como desaturación, bajo voltaje o sobrecorriente para proteger los dispositivos de energía y la carga.
2. Configuración del sistema
Sistema de 1000 A: utiliza 1 placa DSFCG1A por fase, 3 placas en total para tres fases. Cada placa se conecta a la placa BPIB mediante el conector PPL1.
Sistema 1800 A: Utiliza 2 placas DSFCG1A por fase, conectadas en cadena. La placa maestra se conecta a BPIB a través de PPL1; la placa esclava se conecta al PPL1 del maestro a través de su conector PPL2 para el paso de la señal.
3. Escenarios de aplicación típicos
Variadores de frecuencia industriales de CA
Inversores de potencia PWM
Centros de control de motores
Control de excitación para sistemas de generación de energía
Sistemas de tracción ferroviaria
Sistemas de propulsión eléctrica marina
IV. Instrucciones de instalación y cableado
1. Ubicación de montaje
La placa DSFCG1A se monta directamente en los módulos IGBT. Durante la instalación, asegúrese de que los ojales de la placa se alineen correctamente con las clavijas/pernos de compuerta, emisor y colector de los módulos IGBT. Asegure la placa utilizando el hardware proporcionado para garantizar conexiones eléctricas confiables.
2. Pasos de instalación
Asegúrese de que el sistema de accionamiento esté APAGADO y deje suficiente tiempo (varios minutos) para que se descarguen los condensadores.
Abra la puerta del gabinete de la unidad y ubique la placa DSFC que se instalará o reemplazará.
Alinee la placa DSFC sobre los pernos de montaje del IGBT, asegurándose de que todos los ojales encajen correctamente.
Asegure la tabla usando las 10 tuercas, apretándolas a 70 pulgadas-libras.
Vuelva a conectar todos los cables según sus etiquetas, asegurándose de que los conectores estén completamente asentados.
3. Descripción del cableado
Terminales de conexión: Se utilizan para conectar el enlace de CC y las líneas de detección de voltaje de fase de salida.
E1: Línea de detección de voltaje de fase de salida (MVFB)
E17: Enlace CC positivo (DCLP)
E18: Enlace CC negativo (DCLN)
Ojales de montaje IGBT: Se utilizan para conexiones a compuerta, emisor y colector IGBT.
UC: Enlace de colector superior (enlace de CC positivo)
UGA/UEA: Puerta/emisor de dispositivo superior A
UGB/UEB: Puerta/emisor del dispositivo B superior
LGA/LEA: Bajar la puerta/emisor de un dispositivo
LGB/LEB: Puerta/emisor del dispositivo B inferior
LE: Enlace de emisor inferior (enlace de CC negativo)
Conectores de enchufe:
PPL1: se conecta a la placa BPIB y transporta señales de variador, señales de falla, señales VCO y energía.
PPL2: se conecta a la siguiente placa DSFC en cadena (se usa solo en sistemas de 1800 A).
SHPL: Se conecta a la derivación de corriente, entrada para señal de voltaje de derivación.
THPL/THPL1/THPL2: Conexiones para detectores térmicos de resistencia (RTD) o conexiones de paso para conexión en cadena.
DPPL1/DPPL2: Recibe potencia de onda cuadrada máxima de 18,4 V CA de BPIB o actúa como paso de energía para conexión en cadena.
V. Diagnóstico y Mantenimiento
1. Indicación de estado
El estado del sistema se puede evaluar rápidamente mediante los cinco LED integrados:
DS1 (Rojo): Indicador de voltaje del enlace CC. Debe estar encendido durante el funcionamiento normal cuando el voltaje del bus supera los 50 V.
DS2/DS3 (Verde): Indicadores de estado APAGADO del IGBT superior/inferior. ENCENDIDO cuando los IGBT están apagados, APAGADO cuando están encendidos.
DS4/DS5 (Amarillo): Indicadores de estado ON del IGBT superior/inferior. ENCENDIDO cuando los IGBT están encendidos, APAGADO cuando están apagados.
Durante el funcionamiento normal de PWM, DS2 y DS3 pueden estar encendidos constantemente o alternar con DS4/DS5 dependiendo del estado, mientras que DS4 y DS5 deben parpadear correspondientemente a los pulsos de PWM.
2. Diagnóstico de fallas
El DSFCG1A proporciona una detección integral de fallas, legible a través de la placa BPIB:
Fallo de desaturación: normalmente indica sobrecorriente o cortocircuito del IGBT. Verifique la carga y los módulos IGBT.
Fallo de subvoltaje: Indica voltaje de suministro de energía del variador insuficiente. Verifique el circuito de alimentación.
Falla DI/DT: Indica una tasa excesiva de cambio de corriente, posiblemente debido a transitorios de carga o anomalías de control.
Falla IOC: Indica sobrecorriente instantánea. Verifique la carga y el circuito de retroalimentación de corriente.
3. Precauciones de mantenimiento
Siga las precauciones ESD (descarga electrostática) al manipular la placa. Utilice una correa de conexión a tierra y guarde las placas en bolsas antiestáticas.
No conecte ni desconecte cables mientras haya energía aplicada, para evitar daños a la placa o riesgos de seguridad.
Inspeccione periódicamente los conectores para ver si están flojos y verifique el funcionamiento normal del LED.
Al reemplazar una placa, asegúrese de que la nueva placa tenga el número de modelo correcto (IS200DSFCG1A) y preste atención a la orientación de montaje y las especificaciones de torque.
