برد کنترلر رابط پل IS200BICIH1A یک جزء کنترل اصلی است که توسط سیستم های صنعتی جنرال الکتریک برای سیستم های درایو سری نوآوری آن طراحی شده است. به عنوان یک کنترل کننده بسیار یکپارچه و قدرتمند، IS200BICIH1A در درجه اول برای مدیریت و کنترل واحدهای اینورتر پل که از تریستورهای یکپارچه با تغییر در دروازه (IGCTs) به عنوان دستگاه سوئیچینگ استفاده می کنند، استفاده می شود. برد IS200BICIH1A در یک رک برد استاندارد Innovation Series™ نصب می شود و از طریق هماهنگی دقیق با صفحه پشتی، بردهای مختلف دریافت سیگنال و مدارهای درایو دروازه، کنترل بلادرنگ، تهویه سیگنال و حفاظت چند بعدی را برای سیستم های پیچیده تبدیل الکترونیکی قدرت انجام می دهد.
ارزش اصلی IS200BICIH1A در توانایی قدرتمند آن برای کنترل حداکثر 28 دستگاه IGCT، پشتیبانی از تولید منطق کنترل اینورتر سه سطحی، و همزمان کنترل منبع دیود و بخش ترمز دینامیکی (DB) نهفته است. از نظر سخت افزاری، IS200BICIH1A چندین تراشه منطقی FPGA، یک پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) اختصاص داده شده به پردازش مشترک، و تعداد زیادی تخته دختر را ادغام می کند. این یک معماری سیستمی لایهای و بسیار قابل اعتماد را ایجاد میکند، از حفاظت سریع زیر میکروثانیه تا پردازش مشترک الگوریتم کنترل پیچیده.
توابع اصلی و معماری کنترل
برد IS200BICIH1A با برد Backplane Assembly Control IS200CABP از طریق کانکتورهای Backplane P1 و P2 ارتباط برقرار می کند و تعامل سیگنال با کنترل کننده اصلی سیستم و سایر بردهای جانبی را امکان پذیر می کند. برق ورودی IS200BICIH1A توسط برد تغذیه رک DS200RAPA که از طریق صفحه پشتی تامین می شود، تامین می شود. IS200BICIH1A که به عنوان هسته کنترل عمل می کند، سیگنال های بازخورد فرمان و وضعیت دروازه را از برد رابط برق پل IS200BPII دریافت می کند و این سیگنال ها را تهویه و ارسال می کند.
با توجه به پردازش هوشمند محلی، IS200BICIH1A دارای یک پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) است که به عنوان یک پردازنده مشترک برای برد کنترل اصلی DSPX عمل می کند. فرآیند راهاندازی آن بهطور مرکزی توسط برد DSPX مدیریت میشود: برد DSPX ابتدا تصویر بوتلودر را در رم دو پورت (DPRAM) بارگذاری میکند، سپس سیگنال تنظیم مجدد را برای DSP محلی IS200BICIH1A آزاد میکند و به آن اجازه میدهد تا کد را اجرا کند. این دو پردازنده از طریق یک مکانیسم داوری داخلی در منطق ثبت، دسترسی به رجیسترهای سختافزار محلی را به اشتراک میگذارند و از تعامل منظم و سازگار برای دستورات کنترل و دادههای وضعیت اطمینان میدهند.
پردازش سیگنال و مکانیزمهای بازخورد با دقت بالا
برد IS200BICIH1A سه کانکتور پنل جلویی - PFBK1، PFBK2 و PSRC را ارائه می دهد که به عنوان رابط های کلیدی برای دستیابی به سیگنال با دقت بالا و حفاظت سریع عمل می کنند.
کانکتورهای PFBK1 و PFBK2 : این دو کانکتور 44 پین با چگالی بالا مسئول دریافت سیگنال از بردهای اکسپندر بار/منبع IS200GGXI هستند. PFBK1 سیگنالهای بازخورد را از اولین پل کامل یا نیمه اول سلولها در یک پیکربندی پل سری کنترل میکند، در حالی که PFBK2 بازخورد را از پل دوم اختیاری کامل یا نیمه دوم سلولها کنترل میکند. انواع سیگنال فیدبک شامل جریان فاز، ولتاژ فاز و ولتاژ پیوند DC است.
کانکتور PSRC : این کانکتور 50 پین با چگالی بالا سیگنال های بازخوردی را از برد منبع دیود اکسپندر IS200GGXD دریافت می کند و مسئول ارسال سیگنال های کنترل گیت به سوئیچ های IGCT ترمز پویا (DB) است.
جداسازی فیدبک ولتاژ : سیگنالهای ولتاژ از برد مقیاسبندی فیدبک ولتاژ DS200NATO بهطور ایمن از طریق تضعیف بر روی برد IS200BICIH1A ایزوله میشوند.
همه سیگنالهای بازخورد جریان و ولتاژ آنالوگ بهطور متفاوت از طریق کابلهای جفت تابیده محافظ در داخل کابلهای محافظ به IS200BICIH1A منتقل میشوند. پس از ورود به برد، این سیگنال ها به دو مسیر پردازش موازی تقسیم می شوند:
مسیر حفاظت سریع سختافزار : سیگنالهای آنالوگ مستقیماً با مقادیر آستانه قابل برنامهریزی چندگانه مقایسه میشوند تا سیگنالهای منطقی حفاظتی را برای اقدامات سختافزاری فوری تولید کنند، مانند خاموش کردن محافظ جریان بیش از حد، خاموش کردن خطای بار، و سیگنالهای خطای انجماد جریان.
مسیر نمونه برداری با دقت بالا : هر سیگنال بازخورد آنالوگ از یک نوسانگر همزمان با کنترل ولتاژ (VCO) عبور می کند و مقدار ولتاژ آنالوگ را به صورت خطی به سیگنال فرکانس تبدیل می کند. فرکانس خروجی به صورت خطی از 0 هرتز برای ورودی منفی در مقیاس کامل تا 2 مگاهرتز برای ورودی مثبت در مقیاس کامل متغیر است. این سیگنالهای فرکانس شمارندههایی را در BRDG_IO FPGA هدایت میکنند، که سپس توسط DSP فعال خوانده میشوند تا مقادیر فیدبک جریان و ولتاژ با دقت بالا را برای الگوریتمهای کنترل پیچیده محاسبه کنند.
فرماندهی گیت و مدیریت زمانبندی بحرانی
تمام دستورات گیتینگ صادر شده توسط IS200BICIH1A برای بردهای درایور گیت IGCT (IS200IGPA) مشمول محدودیتهای سختافزاری حداقل زمان و حداقل زمان خاموشی برای جلوگیری از آسیب به دستگاههای پرهزینه IGCT هستند. توابع کلیدی مدیریت زمان بندی دروازه آن عبارتند از:
زمان بندی داخلی-خارجی : روشن و خاموش شدن IGCT های بیرونی در یک پایه پل نسبت به IGCT های داخلی دقیقاً بر اساس زمان های انحرافی تعریف شده در سیستم عامل به تعویق می افتد.
زیرپوش فاز : هنگامی که یک فاز حالت خروجی خود را تغییر میدهد، IS200BICIH1A تایمری را راهاندازی میکند که بهطور لحظهای تمام حالتهای فاز را مسدود میکند تا زمانی که راکتور کموتاسیون زمان کافی برای تنظیم مجدد داشته باشد، در نتیجه از اتصال کوتاه فاز به فاز خطرناک جلوگیری میکند.
تشخیص خطای درایور گیت : IS200BICIH1A به طور مداوم بازخورد وضعیت سلامت را از هر ماژول درایور گیت IGCT نظارت می کند. اگر سرریز شمارنده بازخورد وضعیت غیرعادی تشخیص داده شود، فوراً یک قفل عیب تنظیم می شود و باعث خاموش شدن سیستم درایو می شود.
هسته منطقی قابل برنامه ریزی
عملکرد هسته قدرتمند برد IS200BICIH1A توسط دو آرایه گیت قابل برنامه ریزی میدانی مبتنی بر SRAM (FPGA) روی برد آن تحقق می یابد: BRDG_IO FPGA و CELL_IO FPGA.
CELL_IO FPGA : این FPGA به طور خاص مسئول کنترل گسسته و حفاظت است که مستقیماً با درایورهای گیت IGCT مرتبط است. زمانبندی دقیق چرخههای PWM را مدیریت میکند و حیاتیترین اقدامات حفاظتی سختافزاری را اجرا میکند، مانند پاسخ به خطاهای جریان بیش از حد یا عکسبرداری با خاموش کردن فوری دستگاههای آسیبدیده و ثبت رویدادهای خطا در ثبت وضعیت. این شامل تایمرهای PWM، رجیسترهای حالت اولیه، و غیره است. همه پارامترهای کنترلی از یک ساختار بافر دوگانه استفاده می کنند که به آنها اجازه می دهد در یک بازه کاری به روز شوند و به طور همزمان در پالس بار بعدی اعمال شوند.
BRDG_IO FPGA : این FPGA به عنوان رابط بین DSPX/DSP محلی و سیگنال های کنترل پل، تمام ورودی/خروجی گسسته، گزارش خطا، شمارنده های VCO، رابط سرعت سنج و I/O آنالوگ را مدیریت می کند. VCO داخلی آن مقادیر شمارش قفل را برای خواندن توسط هر یک از پردازنده ها محاسبه می کند. رابط سرعت سنج از محاسبات پالس کسری با دقت بالا پشتیبانی می کند. علاوه بر این، هنگامی که پرچم Power Electronics Enable (PE_ENABLE) فعال است، دسترسی نوشتن به همه رجیسترهای فرمان قفل می شود و از انجام عملیات اشتباه در حین کارکرد درایو جلوگیری می کند.
سیستم حفاظتی و تشخیصی
IS200BICIH1A دارای یک شبکه حفاظتی و عیب یابی چند لایه و چند بعدی است تا از حفاظت موثر تحت همه شرایط عملیاتی غیرعادی اطمینان حاصل کند.
حفاظت از سخت افزار آنی : در درجه اول توسط CELL_IO FPGA با زمان پاسخ بسیار سریع اجرا می شود.
خاموش کردن حفاظتی (PTO) : توسط خطای بار (چفت شده)، جریان اضافه آنی یا خطای درایور دروازه ایجاد می شود و بلافاصله سلول (های) قربانی را خاموش می کند.
حفاظت از خطای تیراندازی : نرخ های خطرناک تغییر جریان (di/dt) را با نظارت بر ولتاژ در راکتور پیوند DC تشخیص می دهد. اگر این شرایط بیشتر از زمان فیلتر خطا باقی بماند، یک قفل خطای اصلی تنظیم میشود که یک عمل انجماد را برای همه واحدهای فاز آغاز میکند. این زمان کافی را برای پاکسازی فیوزها در فاز معیوب فراهم می کند و از تشدید عیب جلوگیری می کند.
نظارت و گزارش وضعیت : از طریق ثبتکنندههای وضعیت BRDG_IO و CELL_IO، IS200BICIH1A طیف گستردهای از اطلاعات عیب و وضعیت را گزارش میکند که شامل موارد زیر میشود: خطاهای مختلف منبع تغذیه، خطاهای ساعت، خطاهای درایور دروازه برای همه IGCTها، خطاهای فیوز، و خطاهای اتصال کابل.
خود عیبیابی سواره :
شناسایی برد (BRID) : IS200BICIH1A دارای یک تراشه PROM ID سریال داخلی است که شبکه شناسایی آن به بردهای GGXI گسترش یافته است. مکانیزم منحصر به فرد تشخیص جهت جریان، اتصال صحیح کابل های PFBK و JGATE را تضمین می کند و از سیم کشی متقابل جلوگیری می کند.
نشانگر پنل جلو : یک نشانگر LED IMOK یک نمایش بصری بصری از وضعیت سلامت برد را ارائه می دهد. اگر LED خاموش باشد، وضعیت خطا نشان داده می شود.
نقاط تست : پنل جلویی در مجموع 8 نقطه تست، TP1 تا TP8 را ارائه میکند که سیگنالهای آنالوگ کلیدی مانند جریانهای فاز A1/B1/C1 و ولتاژ خط به خط VAB1/VBC1 و همچنین ولتاژ باس DC مثبت و منفی را برای تشخیص راحت در محل ارائه میدهد.
ورودی/خروجی آنالوگ : این سیستم سه ورودی آنالوگ 12 بیتی را برای نظارت بر دمای محیط محلی برد، دمای ترمیستور خارجی و انجام خودآزمایی ولتاژهای آستانه حفاظتی ادغام می کند. همچنین دارای یازده خروجی آنالوگ است که برای تنظیم آستانه های حفاظتی و ارائه تبدیل D/A تشخیصی استفاده می شود.
