La carte contrôleur d'interface de pont IS200BICIH1A est un composant de contrôle de base conçu par GE Industrial Systems pour ses systèmes d'entraînement Innovation Series™. En tant que contrôleur hautement intégré et puissant, l'IS200BICIH1A est principalement utilisé pour gérer et contrôler les unités d'onduleur en pont qui utilisent des thyristors à commutation de grille intégrée (IGCT) comme dispositifs de commutation. La carte IS200BICIH1A se monte dans un rack de carte standard Innovation Series™ et, grâce à une coordination précise avec le fond de panier, diverses cartes d'acquisition de signaux et circuits de commande de grille, effectue un contrôle en temps réel, un conditionnement du signal et une protection multidimensionnelle pour les systèmes de conversion électronique de puissance complexes.
La valeur fondamentale de l'IS200BICIH1A réside dans sa puissante capacité à contrôler jusqu'à 28 dispositifs IGCT, prenant en charge la génération d'une logique de contrôle d'onduleur à trois niveaux, tout en contrôlant simultanément une source de diodes et la section de freinage dynamique (DB). Côté matériel, l'IS200BICIH1A intègre plusieurs puces logiques FPGA, un processeur de signal numérique (DSP) dédié au co-traitement et de nombreuses cartes filles. Cela établit une architecture système en couches hautement fiable, allant d'une protection rapide inférieure à la microseconde au co-traitement d'algorithmes de contrôle complexes.
Fonctions de base et architecture de contrôle
La carte IS200BICIH1A s'interface avec la carte de fond de panier de l'ensemble de commande IS200CABP via les connecteurs de fond de panier P1 et P2, permettant une interaction du signal avec le contrôleur principal du système et d'autres cartes périphériques. L'alimentation d'entrée de l'IS200BICIH1A est fournie par la carte d'alimentation en rack DS200RAPA, fournie via le fond de panier. Agissant comme noyau de contrôle, l'IS200BICIH1A reçoit les signaux de commande de porte et de retour d'état de la carte d'interface d'alimentation du pont IS200BPII, conditionnant et transmettant ces signaux.
Concernant le traitement intelligent local, l'IS200BICIH1A dispose d'un processeur de signal numérique (DSP) intégré qui fonctionne comme coprocesseur pour la carte de contrôle DSPX principale. Son processus de démarrage est géré de manière centralisée par la carte DSPX : la carte DSPX charge d'abord une image du chargeur de démarrage dans la RAM double port (DPRAM), puis libère le signal de réinitialisation pour le DSP local de l'IS200BICIH1A, lui permettant de commencer à exécuter le code. Les deux processeurs partagent l'accès aux registres matériels locaux via un mécanisme d'arbitrage intégré dans la logique des registres, garantissant une interaction ordonnée et cohérente pour les commandes de contrôle et les données d'état.
Traitement du signal et mécanismes de rétroaction de haute précision
La carte IS200BICIH1A fournit trois connecteurs sur le panneau avant – PFBK1, PFBK2 et PSRC – qui servent d'interfaces clés pour obtenir une acquisition de signal de haute précision et une protection rapide.
Connecteurs PFBK1 et PFBK2 : Ces deux connecteurs haute densité à 44 broches sont responsables de la réception des signaux des cartes de charge/source d'extension IS200GGXI. PFBK1 gère les signaux de retour du premier pont complet ou de la première moitié des cellules dans une configuration de pont en série, tandis que PFBK2 gère les retours du deuxième pont complet en option ou de la seconde moitié des cellules. Les types de signaux de rétroaction incluent les courants de phase, les tensions de phase et les tensions du circuit intermédiaire.
Connecteur PSRC : ce connecteur haute densité à 50 broches reçoit les signaux de retour de la carte source de diode d'extension IS200GGXD et est responsable de l'envoi des signaux de commande de porte aux commutateurs IGCT de freinage dynamique (DB).
Isolation du retour de tension : les signaux de tension de la carte de mise à l'échelle du retour de tension DS200NATO sont isolés en toute sécurité sur la carte IS200BICIH1A par atténuation.
Tous les signaux analogiques de retour de courant et de tension sont transmis différentiellement via des câbles à paire torsadée blindés à l'intérieur de câbles blindés vers l'IS200BICIH1A. Dès leur entrée dans la carte, ces signaux sont divisés en deux chemins de traitement parallèles :
Chemin de protection rapide du matériel : les signaux analogiques sont directement comparés à plusieurs valeurs de seuil programmables pour générer des signaux logiques de protection pour une action matérielle immédiate, tels que l'arrêt de la protection contre les surintensités, l'arrêt des défauts de charge et les signaux de défaut de gel de courant.
Chemin d'échantillonnage logiciel de haute précision : chaque signal de retour analogique passe par un oscillateur synchrone contrôlé en tension (VCO), convertissant linéairement la valeur de tension analogique en signal de fréquence. La fréquence de sortie varie linéairement de 0 Hz pour une entrée négative à pleine échelle à 2 MHz pour une entrée positive à pleine échelle. Ces signaux de fréquence pilotent des compteurs au sein du FPGA BRDG_IO, qui sont ensuite lus par le DSP actif pour calculer des valeurs de retour de courant et de tension de haute précision pour des algorithmes de contrôle complexes.
Commande de porte et gestion du timing critique
Toutes les commandes de déclenchement émises par l'IS200BICIH1A vers les cartes de commande de porte IGCT (IS200IGPA) sont soumises à des restrictions matérielles de temps d'activation et de temps d'arrêt minimum pour éviter d'endommager les coûteux dispositifs IGCT. Ses principales fonctions de gestion du timing de déclenchement comprennent :
Synchronisation interne-externe : l'activation et la désactivation des IGCT externes dans une jambe de pont par rapport aux IGCT internes sont retardées avec précision en fonction des temps de décalage définis dans le micrologiciel.
Sous-couche de phase : lorsqu'une phase change d'état de sortie, l'IS200BICIH1A lance une minuterie qui gèle momentanément tous les états de phase jusqu'à ce que le réacteur de commutation ait suffisamment de temps pour se réinitialiser, évitant ainsi les courts-circuits dangereux entre phases.
Détection des défauts du pilote de porte : L'IS200BICIH1A surveille en permanence les commentaires sur l'état de santé de chaque module pilote de porte IGCT. Si un dépassement du compteur de retour d'état anormal est détecté, un verrouillage de défaut est immédiatement activé, déclenchant le déclenchement du système d'entraînement.
Noyau logique programmable
La puissante fonctionnalité de base de la carte IS200BICIH1A est réalisée par ses deux FPGA (Field Programmable Gate Arrays) intégrés basés sur SRAM : le FPGA BRDG_IO et le FPGA CELL_IO.
CELL_IO FPGA : Ce FPGA est spécifiquement responsable du contrôle discret et de la protection directement liés aux pilotes de grille IGCT. Il gère le timing précis des cycles PWM et exécute les actions de protection matérielle les plus critiques, telles que la réponse aux défauts de surintensité ou de transmission en éteignant immédiatement les appareils concernés et en enregistrant les événements de défaut dans les registres d'état. Il contient des minuteries PWM, des registres d'état initial, etc. Tous les paramètres de contrôle utilisent une structure à double tampon, leur permettant d'être mis à jour dans un intervalle de tâche et de prendre effet de manière synchrone à la prochaine impulsion de charge.
BRDG_IO FPGA : Servant d'interface entre le DSPX/DSP local et les signaux de commande du pont, ce FPGA gère toutes les E/S discrètes générales, les rapports de défauts, les compteurs VCO, l'interface tachymètre et les E/S analogiques. Ses compteurs VCO intégrés verrouillent les valeurs de comptage pour les lire par l'un ou l'autre processeur. L'interface du tachymètre prend en charge les calculs d'impulsions fractionnaires de haute précision. De plus, l'accès en écriture à tous les registres de commande est verrouillé lorsque l'indicateur d'activation de l'électronique de puissance (PE_ENABLE) est actif, empêchant ainsi les opérations erronées pendant le fonctionnement du variateur.
Système de protection et de diagnostic
L'IS200BICIH1A dispose d'un réseau de protection et de diagnostic multicouche et multidimensionnel pour garantir une protection efficace dans toutes les conditions de fonctionnement anormales.
Protection matérielle instantanée : principalement exécutée par le FPGA CELL_IO avec des temps de réponse extrêmement rapides.
Arrêt de protection (PTO) : déclenché par un défaut de charge (verrouillé), une surintensité instantanée ou un défaut du pilote de porte, éteignant immédiatement la ou les cellules victimes.
Protection contre les défauts Shoot-Through : Détecte les taux dangereux de changement de courant (di/dt) en surveillant la tension aux bornes de la réactance du circuit intermédiaire. Si la condition persiste plus longtemps que le temps de filtrage des défauts, un verrouillage de défaut majeur est activé, déclenchant une action de gel pour toutes les unités de phase. Cela laisse suffisamment de temps pour que les fusibles de la phase défectueuse se dissipent, empêchant ainsi l'escalade du défaut.
Surveillance et rapport d'état : via les registres d'état BRDG_IO et CELL_IO, l'IS200BICIH1A signale une grande variété d'informations sur les défauts et l'état, y compris, mais sans s'y limiter : divers défauts d'alimentation, défauts d'horloge, défauts de pilote de porte pour tous les IGCT, défauts de fusibles et erreurs de connexion de câbles.
Autodiagnostic embarqué :
Identification de la carte (BRDID) : L'IS200BICIH1A intègre une puce d'identification PROM série intégrée, avec son réseau d'identification étendu aux cartes GGXI. Un mécanisme unique de détection de la direction du courant garantit la connexion correcte des câbles PFBK et JGATE, empêchant ainsi le câblage croisé.
Indicateur du panneau avant : Un seul indicateur LED IMOK fournit un affichage visuel intuitif de l'état de santé de la carte ; si la LED est éteinte, une condition de défaut est indiquée.
Points de test : Le panneau avant fournit un total de 8 points de test, TP1 à TP8 , qui font ressortir les signaux analogiques clés tels que les courants de phase A1/B1/C1 et les tensions ligne à ligne VAB1/VBC1, ainsi que les tensions positives et négatives du bus CC, pour des diagnostics pratiques sur site.
E/S analogiques : le système intègre trois entrées analogiques 12 bits pour surveiller la température ambiante locale de la carte, la température d'une thermistance externe et effectuer un bouclage d'auto-test des tensions de seuil de protection. Il dispose également de onze sorties analogiques utilisées pour définir les seuils de protection et fournir une conversion N/A de diagnostic.
