برد رابط شخصیت GE IS200BPIAG1A Drive Bridge

IS200BPIAG1A IGBT Drive Bridge Personality Board Interface Personality یک جزء رابط حیاتی است که توسط سیستم های کنترل صنعتی جنرال الکتریک برای سیستم های درایو AC سه فاز مبتنی بر IGBT طراحی شده است. IS200BPIAG1A یک رابط سیگنال کامل و قابل اعتماد بین الکترونیک کنترل و الکترونیک قدرت را فراهم می کند و به عنوان پل هسته ای عمل می کند که کنترل با عملکرد بالا و عملکرد ایمن سیستم درایو را امکان پذیر می کند. IS200BPIAG1A در یک رک برد استاندارد از نوع VME نصب شده است و از طریق کانکتور P1 با صفحه پشتی سیستم کنترل ارتباط برقرار می کند. مستقیماً از طریق شش کانکتور پلاگین اختصاصی فاز به دستگاه های برق IGBT فازهای A، B و C متصل می شود.

IS200BPIAG1A شش مدار راه انداز گیت IGBT جدا شده مستقل، سه مدار بازخورد جریان نوسانگر کنترل شده با ولتاژ شنت ایزوله (VCO) و مدارهای بازخورد VCO ایزوله برای نظارت بر ولتاژ لینک DC و ولتاژ خروجی VAB و VBC را یکپارچه می کند. بعلاوه، برد IS200BPIAG1A دارای حفاظت بیش از حد فاز در سطح سخت افزاری و خطای اشباع زدایی IGBT است که یک سیستم حفاظتی جامع و محلی برای پل برق IGBT ارائه می دهد. همه این توابع بر روی یک برد فرم فاکتور استاندارد VME یکپارچه شده اند و فلسفه طراحی بسیار یکپارچه و ماژولار جنرال الکتریک را برای رابط های الکترونیک قدرت نشان می دهد.

طراحی سیستم منبع تغذیه

سیستم منبع تغذیه IS200BPIAG1A از یک طرح طراحی بسیار ایزوله برای اطمینان از ایمنی الکتریکی بین فازها و بین دو طرف ولتاژ بالا و ولتاژ پایین استفاده می کند. توان جدا شده برای برد از سیم پیچ های ثانویه سه ترانسفورماتور که یکی به هر فاز اختصاص داده شده است، به دست می آید. یک سیگنال موج مربعی 17.7 ولت AC که از طریق کانکتور P1 تامین می شود، برق اولیه ترانسفورماتور را تامین می کند. برای هر ترانسفورماتور:

• منابع تغذیه درایو گیت : دو تا از سه سیم پیچ ثانویه به صورت نیمه موج یکسو شده و فیلتر شده اند تا منابع جدا شده +15 ولت (VCC) و -7.5 ولت (VEE) مورد نیاز مدارهای درایور گیت IGBT بالا و پایین را تولید کنند. اینها ولتاژهای بایاس مثبت و منفی لازم را برای اطمینان از روشن و خاموش کردن مطمئن IGBT ها فراهم می کنند.

• منبع تغذیه پردازش سیگنال : سیم‌پیچ ثانویه سوم با موج کامل تصحیح و فیلتر می‌شود تا ولتاژ 12± ولت مورد نیاز مدارهای بازخورد جریان شنت، مدارهای VCO بازخورد ولتاژ فاز و مدارهای تشخیص عیب را فراهم کند. علاوه بر این، یک رگولاتور خطی 5 ولت در منبع تغذیه +12 ولت، منبع منطقی 5 ولتی سبک تولید می کند.

• توان منطقی کنترل : منبع مرجع +5 ولت مورد نیاز برای منطق کنترل سیستم مستقیماً از طریق کانکتور P1 به برد IS200BPIAG1A ارائه می شود.

نیازهای برق کلی برای IS200BPIAG1A به وضوح تعریف شده است: حداکثر 1.5 وات از منبع تغذیه +5 ولت DC، و از منبع تغذیه 17.7 ولت AC، حداکثر 5 وات بدون بار تقویت کننده درایور گیت و حداکثر 18 وات با بار تقویت کننده درایور گیت.

مدارهای درایو گیت IGBT

IS200BPIAG1A با دو مدار درایو گیت IGBT کاملا مستقل و ایزوله برای هر پایه فاز پیکربندی شده است: یکی کنترل IGBT بالایی و دیگری کنترل کننده IGBT پایینی. این در مجموع شش مدار راننده برای سه فاز است. هر مدار از یک ماژول درایو گیت هیبریدی ایزوله نوری و تعداد کمی از اجزای مجزا تشکیل شده است.

ویژگی های درایو و عملکردهای حفاظتی : ماژول درایو گیت، گیت IGBT را بین VCC (+15 V) و VEE (-7.5 V) هدایت می کند، بایاس مثبت کافی برای اطمینان از اشباع کامل IGBT در طول هدایت و بایاس منفی کافی برای اطمینان از خاموش شدن قابل اعتماد و مقاومت در برابر روشن شدن انگلی فراهم می کند. ورودی‌های کنترل ماژول‌های بالایی و پایینی به صورت ضد موازی به هم متصل می‌شوند تا از هدایت همزمان جلوگیری کنند که باعث ایجاد یک اتصال کوتاه تیراندازی در پایه فاز می‌شود. این ماژول دارای حداکثر توان سینک/منبع جریان 5.0 آمپر، با تاخیر روشن/خاموش معمولی تنها 1.5 میکرو ثانیه است.

مکانیسم تشخیص عیب : هر مدار درایو گیت می تواند دو نوع خطا ایجاد کند:

1. خطای Desaturation : هنگامی که به ماژول دستور داده می شود که IGBT را روشن کند، افت ولتاژ بین کلکتور و امیتر IGBT را کنترل می کند. اگر این ولتاژ از آستانه معمولی حدود 10 ولت برای مدتی بیش از 4.2 میکروثانیه (حداکثر 6.6 میکروثانیه) فراتر رود، نشان می دهد که IGBT از حالت اشباع خارج شده و وارد منطقه عملیاتی خطی شده است که می تواند به سرعت منجر به داغ شدن بیش از حد دستگاه و آسیب شود. ماژول بلافاصله IGBT را خاموش می کند و یک خطای اشباع را اعلام می کند.

2. خطای کم ولتاژ (UV) : ماژول همچنین ولتاژ بین VCC و VEE را نظارت می کند. اگر این ولتاژ به زیر 18 ولت کاهش یابد، ولتاژ درایو گیت برای هدایت مطمئن IGBT کافی نیست و یک خطای ولتاژ پایین رخ می دهد. این دو سیگنال خطا با هم OR-ed شده و به صورت نوری به مدار منطقی کنترل جفت می شوند.

سیستم بازخورد جریان شنت

IS200BPIAG1A با تشخیص افت ولتاژ در مقاومت شنت در هر یک از فازهای A، B و C، اندازه گیری دقیق جریان های فاز خروجی را به دست می آورد. کانال بازخورد جریان برای هر فاز کاملاً مستقل و ایزوله است.

تبدیل سیگنال VCO : سیگنال ولتاژ در سراسر شنت ابتدا توسط یک تقویت کننده شرطی می شود و سپس به مدار VCO منتقل می شود که آن را به سیگنال فرکانس تبدیل می کند. محدوده فرکانس خروجی VCO 0-2 مگاهرتز است و نقطه عملکرد آن بایاس است به طوری که در جریان صفر، خروجی اسمی 1 مگاهرتز است. محدوده ولتاژ شنت در مقیاس کامل ± 200 میلی ولت است که مربوط به تغییر فرکانس خروجی ± 800 کیلوهرتز است. این امکان اندازه گیری جریان فاز با دقت بالا و زمان واقعی را فراهم می کند که می تواند به راحتی توسط سیستم کنترل از طریق شمارش فرکانس ساده بازسازی شود.

عملکردهای محافظت از خطا : مدار بازخورد جریان همچنین قادر به تشخیص دو نوع خطا است:

1. خطای DI/DT : هنگامی که جریان شنت 100% یا بیشتر از مقدار نامی خود تغییر پله‌ای داشته باشد، مدار بازخورد جریان می‌تواند این عیب را در عرض 25 میکروثانیه شناسایی و گزارش کند و از اختلال در سیستم به دلیل نرخ‌های بیش از حد تغییر جریان جلوگیری کند.

2. خطای اضافه جریان (OC) : آستانه اضافه جریان روی 250 درصد جریان شنت نامی تنظیم شده است. اگر تشخیص داده شود که جریان از این آستانه فراتر رفته است، یک سیگنال خطای اضافه جریان بلافاصله راه اندازی می شود. این دو سیگنال خطای فعلی نیز با هم OR-ed می شوند و از طریق ایزوله نوری به سمت منطق کنترل منتقل می شوند.

بازخورد فاز به فاز و ولتاژ لینک DC

بازخورد ولتاژ فاز به فاز VAB و VBC : IS200BPIAG1A به طور هوشمندانه ولتاژهای فاز به فاز خروجی VAB و VBC را از طریق دو کانال مشتق شده از نقاط اتصال شنت اندازه گیری می کند. مدار VAB مبتنی بر مدار VCO شنت فاز B است و از طریق یک شبکه تضعیف مقاومتی به فاز A متصل می شود. مدار VCB مبتنی بر مدار VCO شنت فاز C است و از طریق یک شبکه تضعیف مقاومتی به فاز B متصل می شود. محدوده فرکانس خروجی هر VCO 0-2 مگاهرتز، با خروجی اسمی 976.8 کیلوهرتز در ولتاژ فاز به فاز صفر است. ولتاژ فاز به فاز ± 1.0 ولت مربوط به تغییر فرکانس خروجی ± 959.58 هرتز است. تمام خروجی های VCO از طریق عایق نوری به منطق کنترل متصل می شوند.

بازخورد ولتاژ لینک DC : سومین مدار بازخورد ولتاژ VCO برای نظارت بر ولتاژ لینک DC اختصاص داده شده است. این مدار به مدار درایو گیت پایینی فاز A، با اتصال تضعیف مقاومتی به اتصال کلکتور IGBT بالایی فاز A اشاره دارد. محدوده خروجی VCO به طور مشابه 0-2 مگاهرتز است. ورودی به گونه ای مقیاس بندی شده است که ولتاژ پیوند DC 0 تا 1198 ولت با فرکانس خروجی 0 تا 2 مگاهرتز مطابقت دارد.

کنترل خطا و مکانیزم غیرفعال کردن درایور گیت

سیگنال های خطا از IS200BPIAG1A ماهیت گذرا دارند و فقط برای مدت زمان وضعیت خطا صادق باقی می مانند. بنابراین، سیستم کنترل باید از مدار رسیدگی به خطا از طریق کانکتور P1 برای بستن این سیگنال ها استفاده کند.

هنگامی که هر عیب تشخیص داده می شود، IS200BPIAG1A با حذف قدرت کنترل از هر شش ماژول درایور گیت IGBT، اقدام محافظتی قاطعی انجام می دهد. خطوط اختصاصی غیرفعال با سرعت بالا و ایمن در کانکتور P1 برای اجرای این عملکرد ارائه شده است:

• غیرفعال کردن درایور با سرعت بالا : در طول کارکرد عادی، خط DRVPC باید منطقی کم باشد و +5 V باید روی خط DRVP5 اعمال شود. هنگامی که یک خطا تشخیص داده می شود، بالا بردن خط DRVPC باعث غیرفعال کردن درایور دروازه با سرعت بالا می شود و زمان پاسخ حفاظتی را به حداقل می رساند.

• غیرفعال کردن درایور ایمن : حذف ولتاژ +5 ولت از خط DRVP5 از طریق مجموعه‌ای از کنتاکت‌های خارجی، روشی بی‌خطر برای غیرفعال کردن ماژول‌های درایور IGBT فراهم می‌کند. حتی اگر کانال غیرفعال کردن پرسرعت از کار بیفتد، این روش مبتنی بر تماس تضمین می‌کند که IGBTها به طور قابل اعتماد خاموش می‌شوند.

شناسایی برد و اتصالات رابط

IS200BPIAG1A دارای یک دستگاه حافظه سریال داخلی 1024 بیتی است که با اطلاعات شناسایی و بازبینی برد برنامه ریزی شده است و از قابلیت شناسایی تخته پلاگین و پخش خودکار برای سیستم کنترل پشتیبانی می کند.

کانکتور کنترل پل P1 از یک کانکتور استاندارد VME استفاده می کند. تعداد زیادی پین در ردیف های A و D برای پاکسازی ولتاژ استفاده می شود تا از فاصله ایمن عایق بین سیگنال های ولتاژ بالا و پایین اطمینان حاصل شود. ردیف‌های B و C همه سیگنال‌های کنترل اصلی را حمل می‌کنند: ورودی برق 17.7 ولت AC، سیگنال‌های فعال کردن پل، کنترل برق راننده، تنظیم مجدد خطا، وضعیت خطای اشباع/UV و شنت برای هر سه فاز، سیگنال‌های فرمان درایو گیت، سیگنال‌های خروجی فرکانس VCO، خط شناسه برد سریال، و خروجی برق راننده +5 ولت سوئیچ‌شده.

کانکتورهای شش فاز مستقیماً به دستگاه های برق سه فاز IGBT متصل می شوند و به دو دسته تقسیم می شوند: APL، BPL، و CPL (که خطوط درایو گیت و نقاط حسگر شنت را برای هر فاز حمل می کنند)، و AAPL، BAPL، و CAPL (که برق ایزوله شده برای مدارهای درایور بالایی و پایینی هر فاز را تامین می کند).