IS200BPIAG1A IGBT ड्राइव ब्रिज पर्सनैलिटी इंटरफ़ेस बोर्ड IGBT-आधारित तीन-चरण एसी ड्राइव सिस्टम के लिए GE औद्योगिक नियंत्रण प्रणाली द्वारा डिज़ाइन किया गया एक महत्वपूर्ण इंटरफ़ेस घटक है। IS200BPIAG1A नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के बीच एक पूर्ण और विश्वसनीय सिग्नल इंटरफ़ेस प्रदान करता है, जो कोर ब्रिज के रूप में कार्य करता है जो ड्राइव सिस्टम के उच्च-प्रदर्शन नियंत्रण और सुरक्षित संचालन को सक्षम बनाता है। IS200BPIAG1A को एक मानक VME-प्रकार के बोर्ड रैक में स्थापित किया गया है और इसके P1 कनेक्टर के माध्यम से नियंत्रण प्रणाली बैकप्लेन के साथ इंटरफेस किया गया है। यह छह चरण-समर्पित प्लग कनेक्टर के माध्यम से चरण ए, बी और सी के आईजीबीटी बिजली उपकरणों से सीधे जुड़ा हुआ है।
IS200BPIAG1A छह स्वतंत्र रूप से पृथक IGBT गेट ड्राइवर सर्किट, तीन पृथक शंट वोल्टेज नियंत्रित ऑसिलेटर (VCO) वर्तमान फीडबैक सर्किट, और DC लिंक वोल्टेज और VAB और VBC आउटपुट वोल्टेज की निगरानी के लिए पृथक VCO फीडबैक सर्किट को एकीकृत करता है। इसके अतिरिक्त, IS200BPIAG1A बोर्ड में अंतर्निहित हार्डवेयर-स्तरीय चरण ओवरकरंट और आईजीबीटी डिसेचुरेशन फॉल्ट प्रोटेक्शन की सुविधा है, जो आईजीबीटी पावर ब्रिज के लिए एक व्यापक, स्थानीयकृत सुरक्षा प्रणाली प्रदान करता है। इन सभी कार्यों को एक मानक वीएमई फॉर्म-फैक्टर बोर्ड पर एकीकृत किया गया है, जो पावर इलेक्ट्रॉनिक्स इंटरफेस के लिए जीई के अत्यधिक एकीकृत और मॉड्यूलर डिजाइन दर्शन को प्रदर्शित करता है।
विद्युत आपूर्ति प्रणाली डिज़ाइन
IS200BPIAG1A की बिजली आपूर्ति प्रणाली चरणों के बीच और उच्च-वोल्टेज और निम्न-वोल्टेज पक्षों के बीच विद्युत सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए एक अत्यधिक पृथक डिजाइन योजना का उपयोग करती है। बोर्ड के लिए पृथक शक्ति तीन ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग से प्राप्त होती है, प्रत्येक चरण के लिए एक समर्पित। P1 कनेक्टर के माध्यम से आपूर्ति किया गया 17.7 V AC वर्ग तरंग सिग्नल ट्रांसफार्मर प्राइमरी को शक्ति प्रदान करता है। प्रत्येक ट्रांसफार्मर के लिए:
गेट ड्राइव बिजली की आपूर्ति : तीन माध्यमिक वाइंडिंग्स में से दो को ऊपरी और निचले आईजीबीटी गेट ड्राइवर सर्किट के लिए आवश्यक पृथक +15 वी (वीसीसी) और -7.5 वी (वीईई) आपूर्ति का उत्पादन करने के लिए आधा-तरंग सुधारा और फ़िल्टर किया गया है। ये आईजीबीटी के विश्वसनीय टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ को सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक सकारात्मक और नकारात्मक पूर्वाग्रह वोल्टेज प्रदान करते हैं।
सिग्नल प्रोसेसिंग पावर सप्लाई : तीसरी सेकेंडरी वाइंडिंग को शंट करंट फीडबैक सर्किट, फेज़ वोल्टेज फीडबैक वीसीओ सर्किट और फॉल्ट डिटेक्शन सर्किटरी के लिए आवश्यक पृथक ±12 V प्रदान करने के लिए फुल-वेव रेक्टिफाइड और फ़िल्टर किया जाता है। इसके अतिरिक्त, +12 वी आपूर्ति पर एक 5 वी रैखिक नियामक एक लाइट-ड्यूटी 5 वी लॉजिक आपूर्ति उत्पन्न करता है।
नियंत्रण तर्क शक्ति : सिस्टम नियंत्रण तर्क के लिए आवश्यक +5 V संदर्भ आपूर्ति सीधे P1 कनेक्टर के माध्यम से IS200BPIAG1A बोर्ड को प्रदान की जाती है।
IS200BPIAG1A के लिए समग्र बिजली आवश्यकताओं को स्पष्ट रूप से परिभाषित किया गया है: +5 V DC आपूर्ति से अधिकतम 1.5 W, और 17.7 V AC आपूर्ति से, गेट ड्राइवर एम्पलीफायर लोड के बिना अधिकतम 5 W और गेट ड्राइवर एम्पलीफायर लोड के साथ अधिकतम 18 W।
आईजीबीटी गेट ड्राइव सर्किट
IS200BPIAG1A को प्रत्येक चरण चरण के लिए दो पूरी तरह से स्वतंत्र और पृथक आईजीबीटी गेट ड्राइव सर्किट के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है: एक ऊपरी आईजीबीटी को नियंत्रित करता है और दूसरा निचले आईजीबीटी को नियंत्रित करता है। यह तीन चरणों के लिए कुल छह ड्राइवर सर्किट हैं। प्रत्येक सर्किट एक वैकल्पिक रूप से पृथक हाइब्रिड गेट ड्राइव मॉड्यूल और कम संख्या में अलग-अलग घटकों से बना होता है।
ड्राइव विशेषताएँ और सुरक्षा कार्य : गेट ड्राइव मॉड्यूल आईजीबीटी गेट को वीसीसी (+15 वी) और वीईई (-7.5 वी) के बीच चलाता है, यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त सकारात्मक पूर्वाग्रह प्रदान करता है कि आईजीबीटी संचालन के दौरान पूरी तरह से संतृप्त है और विश्वसनीय टर्न-ऑफ और परजीवी टर्न-ऑन के प्रतिरोध को सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त नकारात्मक पूर्वाग्रह प्रदान करता है। ऊपरी और निचले मॉड्यूल के नियंत्रण इनपुट एक साथ चालन को रोकने के लिए एक एंटी-समानांतर कॉन्फ़िगरेशन में जुड़े हुए हैं, जो चरण पैर में शूट-थ्रू शॉर्ट सर्किट का कारण बनेगा। मॉड्यूल में 5.0 ए की पीक सिंक/सोर्स करंट क्षमता है, जिसमें सामान्य टर्न-ऑन/टर्न-ऑफ विलंब केवल 1.5 माइक्रोसेकंड है।
दोष जांच तंत्र : प्रत्येक गेट ड्राइव सर्किट दो प्रकार के दोष उत्पन्न कर सकता है:
डीसैचुरेशन फॉल्ट : जब मॉड्यूल को आईजीबीटी को चालू करने का आदेश दिया जाता है, तो यह आईजीबीटी के कलेक्टर और एमिटर के बीच वोल्टेज ड्रॉप की निगरानी करता है। यदि यह वोल्टेज 4.2 माइक्रोसेकंड (अधिकतम 6.6 माइक्रोसेकंड) से अधिक अवधि के लिए लगभग 10 वी की सामान्य सीमा से अधिक है, तो यह इंगित करता है कि आईजीबीटी संतृप्ति से बाहर आ गया है और रैखिक ऑपरेटिंग क्षेत्र में प्रवेश कर गया है, जो तेजी से डिवाइस को ओवरहीटिंग और क्षति का कारण बन सकता है। मॉड्यूल तुरंत आईजीबीटी को बंद कर देगा और एक डीसैचुरेशन दोष की घोषणा कर देगा।
अंडरवोल्टेज (यूवी) दोष : मॉड्यूल वीसीसी और वीईई के बीच वोल्टेज की भी निगरानी करता है। यदि यह वोल्टेज 18 वी से नीचे चला जाता है, तो गेट ड्राइव वोल्टेज आईजीबीटी को विश्वसनीय रूप से चलाने के लिए अपर्याप्त है, और एक अंडरवोल्टेज दोष उत्पन्न होगा। ये दो दोष संकेत एक साथ OR-ed हैं और वैकल्पिक रूप से नियंत्रण तर्क सर्किट में वापस युग्मित हैं।
शंट करंट फीडबैक सिस्टम
IS200BPIAG1A प्रत्येक चरण ए, बी और सी में शंट अवरोधक पर वोल्टेज ड्रॉप का पता लगाकर आउटपुट चरण धाराओं का सटीक माप प्राप्त करता है। प्रत्येक चरण के लिए वर्तमान फीडबैक चैनल पूरी तरह से स्वतंत्र और पृथक है।
वीसीओ सिग्नल रूपांतरण : शंट के पार वोल्टेज सिग्नल को पहले एक एम्पलीफायर द्वारा वातानुकूलित किया जाता है और फिर वीसीओ सर्किट में भेजा जाता है, जो इसे आवृत्ति सिग्नल में परिवर्तित करता है। वीसीओ आउटपुट फ़्रीक्वेंसी रेंज 0-2 मेगाहर्ट्ज है, और इसका ऑपरेटिंग बिंदु पक्षपाती है ताकि शून्य वर्तमान पर, नाममात्र आउटपुट 1 मेगाहर्ट्ज हो। पूर्ण-स्केल शंट वोल्टेज रेंज ±200 mV है, जो ±800 kHz के आउटपुट आवृत्ति परिवर्तन के अनुरूप है। यह उच्च परिशुद्धता, वास्तविक समय चरण वर्तमान माप को सक्षम बनाता है जिसे सरल आवृत्ति गणना के माध्यम से नियंत्रण प्रणाली द्वारा आसानी से पुनर्निर्माण किया जा सकता है।
दोष संरक्षण कार्य : वर्तमान फीडबैक सर्किट दो प्रकार के दोषों का पता लगाने में भी सक्षम है:
डीआई/डीटी दोष : जब शंट करंट अपने रेटेड मूल्य के 100% या अधिक के चरण परिवर्तन से गुजरता है, तो वर्तमान फीडबैक सर्किट 25 माइक्रोसेकंड के भीतर इस दोष का पता लगा सकता है और रिपोर्ट कर सकता है, जिससे सिस्टम में वर्तमान परिवर्तन की अत्यधिक दर से गड़बड़ी को रोका जा सकता है।
ओवरकरंट (ओसी) दोष : ओवरकरंट सीमा रेटेड शंट करंट के 250% पर सेट है। यदि करंट इस सीमा से अधिक पाया जाता है, तो एक ओवरकरंट फॉल्ट सिग्नल तुरंत चालू हो जाता है। इन दो वर्तमान दोष संकेतों को भी एक साथ OR-ed किया जाता है और ऑप्टिकल अलगाव के माध्यम से नियंत्रण तर्क पक्ष में प्रेषित किया जाता है।
चरण-दर-चरण और डीसी लिंक वोल्टेज फीडबैक
VAB और VBC चरण-दर-चरण वोल्टेज फीडबैक : IS200BPIAG1A शंट कनेक्शन बिंदुओं से प्राप्त दो चैनलों के माध्यम से आउटपुट चरण-दर-चरण वोल्टेज VAB और VBC को मापता है। VAB सर्किट चरण B शंट VCO सर्किट पर आधारित है और एक प्रतिरोधक क्षीणन नेटवर्क के माध्यम से चरण A से जुड़ता है। वीसीबी सर्किट चरण सी शंट वीसीओ सर्किट पर आधारित है और प्रतिरोधी क्षीणन नेटवर्क के माध्यम से चरण बी से जुड़ता है। प्रत्येक वीसीओ की आउटपुट फ़्रीक्वेंसी रेंज 0-2 मेगाहर्ट्ज है, जिसमें शून्य चरण-दर-चरण वोल्टेज पर 976.8 किलोहर्ट्ज़ का नाममात्र आउटपुट होता है। ±1.0 V चरण-दर-चरण वोल्टेज ±959.58 हर्ट्ज के आउटपुट आवृत्ति परिवर्तन से मेल खाता है। सभी वीसीओ आउटपुट ऑप्टिकल आइसोलेशन के माध्यम से नियंत्रण तर्क से जुड़े हुए हैं।
डीसी लिंक वोल्टेज फीडबैक : एक तीसरा वीसीओ वोल्टेज फीडबैक सर्किट डीसी लिंक वोल्टेज की निगरानी के लिए समर्पित है। यह सर्किट चरण ए निचले गेट ड्राइव सर्किट को संदर्भित करता है, चरण ए ऊपरी आईजीबीटी कलेक्टर कनेक्शन के लिए प्रतिरोधी क्षीणन टाई के साथ। वीसीओ आउटपुट रेंज इसी तरह 0-2 मेगाहर्ट्ज है। इनपुट को स्केल किया जाता है ताकि 0 से 1198 वी डीसी लिंक वोल्टेज 0 से 2 मेगाहर्ट्ज की आउटपुट आवृत्ति से मेल खाए।
दोष नियंत्रण और गेट ड्राइवर अक्षम तंत्र
IS200BPIAG1A से मिलने वाले दोष संकेत प्रकृति में क्षणिक होते हैं, जो केवल दोष स्थिति की अवधि के लिए ही सही रहते हैं। इसलिए, नियंत्रण प्रणाली को इन संकेतों को पकड़ने के लिए P1 कनेक्टर के माध्यम से एक गलती हैंडलिंग सर्किट का उपयोग करना चाहिए।
जब किसी भी खराबी का पता चलता है, तो IS200BPIAG1A सभी छह आईजीबीटी गेट ड्राइवर मॉड्यूल से नियंत्रण शक्ति को हटाकर निर्णायक सुरक्षात्मक कार्रवाई करता है। इस फ़ंक्शन को कार्यान्वित करने के लिए P1 कनेक्टर में समर्पित उच्च गति और विफलता-सुरक्षित अक्षम लाइनें प्रदान की गई हैं:
हाई-स्पीड ड्राइवर अक्षम : सामान्य ऑपरेशन के दौरान, DRVPC लाइन लॉजिक लो होनी चाहिए और DRVP5 लाइन पर +5 V लागू किया जाना चाहिए। जब किसी खराबी का पता चलता है, तो DRVPC लाइन को ऊंचा ले जाने से हाई-स्पीड गेट ड्राइवर अक्षम हो जाता है, जिससे सुरक्षा प्रतिक्रिया समय कम हो जाता है।
विफल-सुरक्षित ड्राइवर अक्षम : बाहरी संपर्कों के एक सेट के माध्यम से DRVP5 लाइन से +5 वी पावर को हटाने से आईजीबीटी ड्राइवर मॉड्यूल को अक्षम करने के लिए एक विफल-सुरक्षित विधि प्रदान की जाती है। भले ही हाई-स्पीड डिसेबल चैनल विफल हो जाए, यह संपर्क-आधारित विधि सुनिश्चित करती है कि आईजीबीटी विश्वसनीय रूप से बंद हैं।
बोर्ड की पहचान और इंटरफ़ेस कनेक्शन
IS200BPIAG1A में 1024-बिट ऑनबोर्ड सीरियल मेमोरी डिवाइस है जो बोर्ड पहचान और संशोधन जानकारी के साथ प्रोग्राम किया गया है, जो नियंत्रण प्रणाली के लिए स्वचालित प्लग-एंड-प्ले बोर्ड पहचान क्षमता का समर्थन करता है।
P1 ब्रिज कंट्रोल कनेक्टर एक मानक VME कनेक्टर का उपयोग करता है। उच्च और निम्न-वोल्टेज संकेतों के बीच सुरक्षित इन्सुलेशन दूरी सुनिश्चित करने के लिए वोल्टेज क्लीयरेंस के लिए पंक्तियों ए और डी में बड़ी संख्या में पिन का उपयोग किया जाता है। पंक्तियाँ बी और सी सभी कोर नियंत्रण सिग्नल ले जाती हैं: 17.7 वी एसी पावर इनपुट, ब्रिज सक्षम सिग्नल, ड्राइवर पावर नियंत्रण, फॉल्ट रीसेट, डीसेचुरेशन/यूवी और तीनों चरणों के लिए शंट फॉल्ट स्थिति, गेट ड्राइव कमांड सिग्नल, वीसीओ फ्रीक्वेंसी आउटपुट सिग्नल, एक सीरियल बोर्ड आईडी लाइन, और स्विच्ड +5 वी ड्राइवर पावर आउटपुट।
छह चरण कनेक्टर सीधे तीन-चरण आईजीबीटी बिजली उपकरणों से जुड़ते हैं और इन्हें विभाजित किया जाता है: एपीएल, बीपीएल, और सीपीएल (जो प्रत्येक चरण के लिए गेट ड्राइव लाइन और शंट सेंसिंग पॉइंट ले जाते हैं), और एएपीएल, बीएपीएल, और सीएपीएल (जो प्रत्येक चरण के ऊपरी और निचले ड्राइवर सर्किट के लिए पृथक बिजली की आपूर्ति करते हैं)।
