IS200BPIBG1A IGBT Drive Bridge Personality Board یک جزء رابط پیشرفته است که توسط سیستم های کنترل صنعتی جنرال الکتریک برای سیستم های درایو AC سه فاز مبتنی بر IGBT طراحی شده است. IS200BPIBG1A به عنوان تهویه سیگنال اصلی و واحد مدیریت حفاظت بین الکترونیک کنترل و الکترونیک قدرت، سیگنالهای کنترل دیجیتال سطح منطقی را از کانکتور P1 به سه یا شش برد گیت درایور/شنت فیدبک متصل میکند. به طور همزمان، از طریق مدارهای فیدبک نوسانگر کنترل ولتاژ ایزوله داخلی (VCO)، ولتاژ لینک DC و ولتاژ خروجی فاز VAB و VBC را در زمان واقعی نظارت می کند. IS200BPIBG1A نه تنها مسئول انتقال دستورات درایو و جمعآوری سیگنالهای بازخورد است، بلکه یک مکانیسم بسیار پیچیده ضبط، پردازش و گزارش خطا را نیز ادغام میکند. پاسخ سریع و خودمختار عیب محلی را ممکن می کند، در نتیجه ایمنی و قابلیت اطمینان کل سیستم درایو را افزایش می دهد.
طراحی برد IS200BPIBG1A به طور کامل فلسفه ماژولارسازی و هوشمندی جنرال الکتریک در زمینه درایو صنعتی را نشان می دهد. IS200BPIBG1A از پیکربندی تک پل (کنترل سه برد درایور) و پیکربندی پل موازی (کنترل شش برد درایور) پشتیبانی می کند، که به طور انعطاف پذیر با نیازهای درایو سطوح مختلف قدرت سازگار است. منطق کنترل برای هر فاز در یک دستگاه منطقی قابل برنامه ریزی الکترونیکی مستقل (EPLD) اجرا می شود. عملکردهای سه فاز بسیار موازی و جدا از هم هستند و این اطمینان را می دهند که یک ناهنجاری در یک فاز بر عملکرد عادی فازهای دیگر تأثیری نخواهد داشت.
توابع اصلی و معماری کنترل
IS200BPIBG1A سه ماژول عملکردی اصلی را ادغام می کند: مدیریت فرمان درایو گیت و پردازش خطا، تهویه سیگنال بازخورد دقیق ولتاژ چند کاناله و تنظیم سیگنال بازخورد جریان، و جمع آوری و گزارش خطا در سطح سیستم.
پردازش مستقل EPLD در هر فاز : IS200BPIBG1A با یک EPLD برای هر یک از فازهای A، B، و C پیکربندی شده است. به جز تنظیمات معمول، ساعت و عملکردهای تنظیم مجدد، این سه دستگاه به طور مستقل وظایف حیاتی را برای فازهای مربوطه خود اجرا می کنند. توابع کلیدی عبارتند از:
کنترل درایور بالا/پایین : بر اساس دستورات روشن/خاموش سیستم کنترل اصلی، سیگنال های کنترلی را برای IGBT های بالایی و پایینی پایه فاز تولید و هدایت می کند.
Soft Shutdown on Fault : هنگامی که یک کاهش اشباع IGBT یا عدم تعادل شدید جریان فاز تشخیص داده می شود، EPLD به طور خودکار یک توالی خاموش کردن نرم را آغاز می کند و IGBT را به شیوه ای کنترل شده خاموش می کند. این امر از آسیب ثانویه دستگاه در اثر افزایش ولتاژ بالا ناشی از خاموش شدن سخت جلوگیری می کند. پس از شروع، این دنباله را نمی توان با دستورات روشن کردن خارجی قطع کرد. قبل از پذیرفته شدن دستورات روشن کردن جدید، توالی باید تکمیل شود و قفل خطا پاک شود. این مکانیسم تا حد زیادی تعیین کننده عمل محافظتی را افزایش می دهد.
Fault Latching and Reporting : خطاهای اشباع زدایی IGBT بالا/پایین و خطاهای پایین ولتاژ درایور گیت را رمزگشایی و قفل می کند و این اطلاعات خطا را از طریق کانکتور P1 به سیستم کنترل سطح بالاتر گزارش می دهد.
جمعبندی بازخورد جریان پل موازی : در پیکربندی پل موازی، EPLD سیگنالهای فیدبک فعلی VCO را از دو پایه پل موازی دریافت میکند، آنها را شرایط و میانگین میگیرد، و یک سیگنال ترکیبی که کل جریان فاز را به کانکتور P1 نشان میدهد، خروجی میدهد. این پردازش را برای کنترل سطح بالاتر ساده می کند.
این معماری پردازش مستقل در هر فاز به IS200BPIBG1A اجازه می دهد تا ویژگی های کنترل و حفاظت متقارن و قابل پیش بینی را ارائه دهد، چه در یک پل تک پل یا یک سیستم موازی دو پل استفاده شود.
طراحی سیستم منبع تغذیه
معماری منبع تغذیه IS200BPIBG1A ایزوله الکتریکی دقیق بین دو طرف ولتاژ بالا و ولتاژ پایین و همچنین بین فازها را تضمین می کند. IS200BPIBG1A یک منبع تغذیه موج مربعی 17.7 ولت AC از کانکتور P1 دریافت می کند که به سه ترانسفورماتور، یکی در هر فاز، توزیع می شود. هر ترانسفورماتور مجهز به دو سیم پیچ ثانویه است که هر کدام عملکردهای متفاوتی را انجام می دهند:
منبع تغذیه رابط کنترل ایزوله : سیم پیچ ثانویه اول یکسو شده و فیلتر می شود تا یک ولتاژ +7.5 ولت DC تولید کند که سپس توسط یک تنظیم کننده خطی به 5+ ولت تنظیم می شود. این یک ولتاژ عملیاتی پایدار برای مدارهای رابط کنترل ایزوله هر فاز فراهم می کند. این منبع تغذیه برای تامین انرژی انتقال سیگنال دیفرانسیل بین برد درایور و IS200BPIBG1A اختصاص داده شده است و به انزوا ایمن بین طرف کنترل و قدرت می رسد.
بازخورد ولتاژ منبع VCO : سیم پیچ ثانویه دوم نیز با موج کامل تصحیح و فیلتر می شود و ولتاژ DC ± 12 ولت را خروجی می دهد. این منبع تغذیه به طور خاص توسط مدارهای آنالوگ دقیق مانند VCO های ولتاژ فاز و VCO ولتاژ پیوند DC استفاده می شود. یک رگولاتور خطی یکپارچه 5 ولتی روی منبع تغذیه +12 ولت به صورت محلی منبع منطقی سبک مورد نیاز مدارهای VCO را تولید می کند.
منبع تغذیه منطقی کنترل : منبع تغذیه استاندارد +5 ولت DC مورد نیاز منطق کنترل اصلی سیستم، مستقیماً از طریق کانکتور P1 به برد IS200BPIBG1A با حداکثر توان مصرفی تنها 2.5 وات ارائه می شود.
جریان بار برای منبع تغذیه AC 17.7 ولت برد با فرکانس سوئیچینگ درایو و مقاومت گیت IGBT های قدرت متفاوت است. هنگام رانندگی با سه برد راننده، مصرف برق معمولی 20 وات در فرکانس سوئیچینگ 5 کیلوهرتز و 35 وات در 10 کیلوهرتز است. هنگام رانندگی با شش تخته راننده، مصرف برق معمولی 35 وات در 5 کیلوهرتز و 65 وات در 10 کیلوهرتز است.
کنترل درایو گیت IGBT و محافظ خاموش شدن نرم
IS200BPIBG1A دستورات روشن/خاموش مستقل (سیگنال های فعال-پایین مانند NAUD، NALD و غیره) را برای IGBT های بالایی و پایینی هر فاز از طریق کانکتور P1 دریافت می کند، در حالی که به طور همزمان بازخورد وضعیت خطا را از بردهای گیت درایور مربوطه دریافت می کند. EPLD این سیگنال ها را برای دستیابی به کنترل دقیق زمان بندی درایو و حفاظت هوشمند پردازش می کند.
یکی از ویژگی های امضا، است عملکرد خاموش کردن نرم . وقتی تشخیص داده شود که یک IGBT در حالت غیراشباع است (یعنی دستگاه از ناحیه اشباع خارج شده و وارد ناحیه تقویت خطی شده و باعث می شود افت ولتاژ حالت روشن آن به شدت افزایش یابد) یا عدم تعادل شدید جریان بین پایه های پل در آن فاز تشخیص داده شود، IS200BPIBG1A به سادگی یک خاموش کننده GBT را سخت انجام نمی دهد. در عوض، یک مدولاسیون 2 مگاهرتز را به سیگنال کنترل روشن کردن راننده اعمال می کند و دستگاه را با شیب ملایم تری خاموش می کند. این روش خاموش کردن نرم به طور موثر نرخ تغییر جریان (di/dt) و افزایش بیش از حد ولتاژ را در طول فرآیند خاموش کردن سرکوب میکند و از IGBT در برابر خرابی اضافه ولتاژ محافظت میکند.
هنگامی که یک دنباله خاموش کردن نرم راه اندازی می شود، تا پایان اجرا می شود، حتی اگر دستور روشن کردن خارجی در این مدت حذف شود. هر گونه دستور روشن کردن جدید نادیده گرفته می شود تا زمانی که قفل خطا به طور فعال پاک شود. این مکانیسم 'قفل کردن و تکمیل' از روشن شدن مکرر دستگاه در شرایط نامشخص خطا جلوگیری می کند و به پرسنل عملیاتی یک نشانه واضح خطا و یک پنجره تشخیص ایمن ارائه می دهد.
با توجه به فعال کردن درایو، IS200BPIBG1A از مکانیزم ایمنی دو سیم استاندارد جنرال الکتریک پیروی می کند. در طول عملیات عادی، خط DRVPC در منطق پایین نگه داشته می شود، در حالی که +5 V به خط DRVP5 اعمال می شود. هنگامی که سیستم هر گونه ایرادی را که نیاز به غیرفعال کردن درایو دارد تشخیص میدهد، میتواند خط DRVPC را بالا بکشد تا یک درایور با سرعت بالا غیرفعال شود، یا برق خط DRVP5 را قطع کند تا برق را به طور کامل از رابط درایور حذف کند و به ایزولهای بیخطر دست یابد.
سنجش جریان دقیق و حفاظت از عدم تعادل بین پل
IS200BPIBG1A یک کانال بازخورد دقیق جریان شنت برای هر فاز فراهم می کند. حالت عملکرد آن بر اساس پیکربندی سیستم متفاوت است:
حالت تک پل : سیگنال های فرکانس شنت VCO از برد راه انداز (مرکز در 1 مگاهرتز، با ورودی ± 200 میلی ولت مربوط به انحراف ± 800 کیلوهرتز) مستقیماً توسط مدارهای IS200BPIBG1A مشروط می شوند و بدون تغییر به کانکتور P1 برای اتصالات acquile بالاتر منتقل می شوند.
حالت پل موازی : هر فاز دو سیگنال جریان VCO را از دو تخته راننده پایه پل مستقل دریافت می کند. مدارهای آنالوگ داخلی IS200BPIBG1A ابتدا این دو سیگنال را حالت می دهند، سپس آنها را میانگین می گیرند و سیگنال فرکانس متوسط حاصل را به کانکتور P1 ارسال می کنند. این مکانیزم میانگینگیری سختافزاری تضمین میکند که اطلاعات مربوط به تعادل جریان بین پایههای پل موازی از بین نمیرود، در حالی که کنترل سطح بالاتر را با بازخورد جریان فاز مختصر و معادل ارائه میدهد.
آشکارساز عدم تعادل دیجیتال یکی از ویژگی های ایمنی حیاتی IS200BPIBG1A در کاربردهای موازی است. این آشکارساز دو سیگنال جریان VCO را در هر فاز در زمان واقعی مقایسه می کند. اگر تفاوت غیرعادی در توزیع جریان بین پل ها تشخیص داده شود، بلافاصله یک اقدام حفاظتی را آغاز می کند. به طور معمول، یک عدم تعادل 10٪ جریان می تواند باعث خاموش شدن سیستم در 88 میکروثانیه شود. برای شرایط بسیار خطرناک تیراندازی از طریق پل به پل، زمان پاسخ حفاظتی تقریباً به 8 میکروثانیه کاهش می یابد. به محض تشخیص عدم تعادل، IS200BPIBG1A یک سیگنال خطای اشباع زدایی را اعمال می کند و قفل خطای عدم تعادل را تنظیم می کند، در حالی که به طور همزمان فرآیند خاموش کردن نرم که در بالا توضیح داده شد آغاز می شود. این خطا را با حداکثر سرعت جدا می کند تا از تشدید جلوگیری شود.
توجه به این نکته مهم است که سیگنال های خطای شنت اضافه جریان (OC) یا DI/DT از برد درایور فقط به صورت منطقی با هم OR-ed شده و به صورت شفاف توسط IS200BPIBG1A برای گزارش به کانکتور P1 عبور می کنند. آنها خاموشی نرم را آغاز نمی کنند و روی این تخته نمی چسبند. منطق پردازش این نوع خطاها تنها بر عهده برد کنترل سطح بالاتر متصل به P1 است که منعکس کننده فلسفه طراحی حفاظت لایه ای است.
دو خط سیگنال فعال کننده پل، BR1EN و BR2EN نیز روی کانکتور P1 ارائه شده است. با فعال یا غیرفعال کردن مسیر سیگنال برای پایه پل مربوطه، سیستم کنترل میتواند تشخیص آنلاین سیگنالهای بازخورد پل را انجام دهد یا سیستم را برای حالتهای عملکرد تک پل یا دو پل پیکربندی کند.
سیستم بازخورد ولتاژ
IS200BPIBG1A سیستم درایو را با سه کانال فیدبک ولتاژ VCO کاملا ایزوله ارائه می دهد که الزامات حیاتی برای خروجی AC و نظارت بر لینک DC را پوشش می دهد.
بازخورد ولتاژ فاز به فاز VAB و VBC : نمونه برداری مستقیم از پایانه های stab-on در خروجی درایو، دو مدار VCO مستقل و ایزوله از منبع تغذیه را تشکیل می دهند. هر دو VCO در مرکز 976.8 کیلوهرتز (خروجی اسمی در ولتاژ فاز به فاز صفر) با محدوده دینامیکی 0 تا 2 مگاهرتز قرار دارند. تغییر ولتاژ فاز به فاز ± 1.0 ولت به صورت خطی به انحراف فرکانس 959.58 ± هرتز تبدیل می شود. این روش انتقال بسیار خطی و مدولهشده با فرکانس، ذاتاً دارای مصونیت نویز قوی است و سیگنال فرکانس را بهطور ایمن با منطق کنترل از طریق جفتکنندههای نوری جفت میکند و از انتقال ایمن سیگنالهای جانبی ولتاژ بالا اطمینان حاصل میکند. آفست خروجی معمولی آن فقط 0.15±٪ است، خطای بهره معمولی ±0.5٪ است، و رانش در محدوده دمای کامل از ± 0.0085٪ / درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند. این سطح از دقت برای کنترل برداری با کارایی بالا کافی است.
بازخورد ولتاژ لینک DC : سومین VCO برای نظارت بر ولتاژ لینک DC اختصاص داده شده است. ورودی آن به گونه ای مقیاس بندی شده است که 0 تا 1198 ولت مربوط به 0 تا 2 مگاهرتز است، یعنی بایاس 0 هرتز، بازسازی مقدار ولتاژ را از طریق شمارنده آسان می کند. این کانال همچنین از ایزولاسیون نوری با مشخصات دقت یکسان با ولتاژ فاز VCO استفاده می کند. این سیستم نظارت دقیق و در زمان واقعی ولتاژ باس DC را برای پشتیبانی از اجرای عملکردهایی مانند حفاظت از اضافه ولتاژ و کنترل واحد ترمز فراهم می کند.
مدیریت خطا و مکانیزم گزارش دهی
سیستم مدیریت خطا IS200BPIBG1A به وضوح در اقدامات خود سلسله مراتبی و قطعی است. برای خطاهای درایو گیت بالا و پایین (عدم اشباع و ولتاژ کم)، IS200BPIBG1A آنها را به طور مستقل برای هر فاز قفل می کند. هر زمان که به یک IGBT دستور روشن شدن داده شود، هر خطای قفلی مرتبط با مدار محرک آن فوراً در خط خطای P1 فاز مربوطه (فعال بالا) مشخص می شود. در یک پیکربندی پل موازی، سیگنالهای خطا از یک نوع از هر دو پل، ابتدا قبل از گزارش شدن، روی برد با هم OR میشوند. بنابراین، از دیدگاه P1، فقط فاز و نوع خطا (بالا/پایین) قابل شناسایی است. اگر تشخیص اینکه کدام پایه پل خاص باعث ایجاد خطا شده است، ضروری است، سیستم سطح بالاتر می تواند پس از وقوع خطا، با فعال کردن متوالی یک پل و خواندن وضعیت قفل خطا، عیب یابی هدفمند را انجام دهد.
تا زمانی که سیستم یک فرمان بازنشانی خطا را از طریق خط NFLTRST (فعال پایین) در کانکتور P1 ارسال کند، همه حالتهای خطای قفل تنظیم شده باقی میمانند. این مکانیسم نگهداری تضمین میکند که گسلهای گذرا هرگز از دست نمیروند و شواهد قطعی برای تجزیه و تحلیل پس از خطا فراهم میکند.
رابط و پیکربندی رابط
IS200BPIBG1A از طریق یک رابط استاندارد VME P1 با صفحه پشتی سیستم ارتباط برقرار می کند. تعریف پین آن فشرده است و به طور کامل فاصله ولتاژ بالا را در نظر می گیرد. ردیفهای B و C کانکتور P1 همه سیگنالهای کنترل حیاتی را حمل میکنند، از جمله: برق 17.7 ولت AC، فعالکنندههای پل، کنترل برق درایور، تنظیم مجدد خطا، وضعیت خطای بالا/پایین برای همه فازها، خطاهای شنت، فرمانهای درایو، خروجیهای VCO جریان فاز، ولتاژ اتصال فاز و DC، خروجیهای VCO VCO ولتاژ و خروجیهای سریال VCO و منبع تغذیه سریال. ردیف های A و D عمدتاً به خلاصی ولتاژ اختصاص داده شده اند و فاصله ایمن بین سیگنال های ولتاژ بالا و پایین را تضمین می کنند.
اتصال به بردهای درایور از طریق شش کانکتور فیش اختصاصی در پانل جلویی انجام می شود:
PAPL، PBPL، PCPL : این کانکتورهای رابط به ترتیب با بردهای درایور فازهای A، B و C مطابقت دارند. هر کانکتور شامل دو جفت دیفرانسیل برای جریان VCO، دو جفت دیفرانسیل برای خطاهای شنت، دو جفت دیفرانسیل برای خطاهای بالا/پایین (مرتبط با پل 1 و پل 2)، یک رابط +5 ولت منبع تغذیه و مشترک آن، و منابع +5 ولت مستقل برای مدارهای درایو بالا و پایین است.
DPAPL، DPBPL، DPCPL : اینها منبع تغذیه 17.7 ولت AC را برای برد درایور فاز مربوطه فراهم می کنند.
بعلاوه، برد IS200BPIBG1A دارای پنج ترمینال اتصال سریع برای بیرون آوردن خطوط سنجش ولتاژ برای فازهای A، B و C و همچنین خطوط سنجش مثبت و منفی DC است که سیمکشی میدانی راحت را تسهیل میکند.
برد IS200BPIBG1A دارای طراحی جمع و جور و بدون سخت افزار قابل تنظیم، بدون نقاط تست، بدون نشانگر LED و بدون فیوز است. همه عملکردها توسط مدارهای ثابت اجرا می شوند، نقاط نگهداری میدان را کاهش می دهند و قابلیت اطمینان طولانی مدت تجهیزات را در محیط های سخت صنعتی افزایش می دهند.
