La scheda controller di interfaccia bridge IS200BICIH1A è un componente di controllo principale progettato da GE Industrial Systems per i suoi sistemi di azionamento Innovation Series™. Essendo un controller potente e altamente integrato, IS200BICIH1A viene utilizzato principalmente per gestire e controllare le unità inverter a ponte che utilizzano tiristori a commutazione di gate integrati (IGCT) come dispositivi di commutazione. La scheda IS200BICIH1A si monta in un rack per schede standard Innovation Series™ e, attraverso un coordinamento preciso con il backplane, varie schede di acquisizione del segnale e circuiti di comando del gate, esegue il controllo in tempo reale, il condizionamento del segnale e la protezione multidimensionale per complessi sistemi di conversione elettronica di potenza.
Il valore fondamentale dell'IS200BICIH1A risiede nella sua potente capacità di controllare fino a 28 dispositivi IGCT, supportando la generazione di logica di controllo inverter a tre livelli, controllando contemporaneamente una sorgente a diodi e la sezione di frenatura dinamica (DB). In termini di hardware, l'IS200BICIH1A integra più chip logici FPGA, un processore di segnale digitale (DSP) dedicato al co-processing e numerose schede figlie. Ciò stabilisce un’architettura di sistema stratificata e altamente affidabile, che va dalla protezione rapida inferiore al microsecondo al complesso coprocessamento di algoritmi di controllo.
Funzioni principali e architettura di controllo
La scheda IS200BICIH1A si interfaccia con la scheda backplane del gruppo di controllo IS200CABP tramite i connettori backplane P1 e P2, consentendo l'interazione del segnale con il controller principale del sistema e altre schede periferiche. L'alimentazione in ingresso per IS200BICIH1A è fornita dalla scheda di alimentazione rack DS200RAPA, fornita tramite il backplane. Agendo come core di controllo, IS200BICIH1A riceve segnali di comando del gate e feedback di stato dalla scheda di interfaccia di alimentazione del ponte IS200BPII, condizionando e inoltrando questi segnali.
Per quanto riguarda l'elaborazione intelligente locale, l'IS200BICIH1A è dotato di un processore di segnale digitale (DSP) integrato che funziona come coprocessore per la scheda di controllo DSPX principale. Il suo processo di avvio è gestito centralmente dalla scheda DSPX: la scheda DSPX carica prima un'immagine del boot loader nella Dual-Port RAM (DPRAM), quindi rilascia il segnale di reset per il DSP locale dell'IS200BICIH1A, consentendogli di iniziare l'esecuzione del codice. I due processori condividono l'accesso ai registri hardware locali attraverso un meccanismo di arbitrato integrato nella logica dei registri, garantendo un'interazione ordinata e coerente per i comandi di controllo e i dati di stato.
Elaborazione del segnale e meccanismi di feedback ad alta precisione
La scheda IS200BICIH1A fornisce tre connettori sul pannello frontale – PFBK1, PFBK2 e PSRC – che fungono da interfacce chiave per ottenere un'acquisizione del segnale ad alta precisione e una protezione rapida.
Connettori PFBK1 e PFBK2 : questi due connettori ad alta densità a 44 pin sono responsabili della ricezione dei segnali dalle schede di carico/origine dell'espansore IS200GGXI. PFBK1 gestisce i segnali di feedback dal primo ponte completo o dalla prima metà delle celle in una configurazione a ponte in serie, mentre PFBK2 gestisce il feedback dal secondo ponte completo opzionale o dalla seconda metà delle celle. I tipi di segnali di feedback includono correnti di fase, tensioni di fase e tensioni del collegamento CC.
Connettore PSRC : questo connettore ad alta densità a 50 pin riceve segnali di feedback dalla scheda sorgente diodo di espansione IS200GGXD ed è responsabile dell'invio di segnali di controllo del gate agli interruttori IGCT della frenatura dinamica (DB).
Isolamento del feedback di tensione : i segnali di tensione provenienti dalla scheda di ridimensionamento del feedback di tensione DS200NATO sono isolati in modo sicuro sulla scheda IS200BICIH1A tramite attenuazione.
Tutti i segnali di feedback analogici di corrente e tensione vengono trasmessi in modo differenziale tramite cavi schermati a doppino intrecciato all'interno di cavi schermati all'IS200BICIH1A. Entrando nella scheda, questi segnali vengono suddivisi in due percorsi di elaborazione paralleli:
Percorso di protezione rapido hardware : i segnali analogici vengono confrontati direttamente con più valori di soglia programmabili per generare segnali logici di protezione per un'azione hardware immediata, come spegnimento protettivo da sovracorrente, spegnimento per guasto del carico e segnali di guasto per congelamento corrente.
Percorso di campionamento software ad alta precisione : ogni segnale di feedback analogico passa attraverso un oscillatore sincrono controllato in tensione (VCO), convertendo linearmente il valore di tensione analogica in un segnale di frequenza. La frequenza di uscita varia linearmente da 0 Hz per un ingresso negativo a fondo scala a 2 MHz per un ingresso positivo a fondo scala. Questi segnali di frequenza guidano i contatori all'interno dell'FPGA BRDG_IO, che vengono poi letti dal DSP attivo per calcolare valori di feedback di corrente e tensione ad alta precisione per algoritmi di controllo complessi.
Comando del cancello e gestione dei tempi critici
Tutti i comandi di gate emessi dall'IS200BICIH1A alle schede Gate Driver IGCT (IS200IGPA) sono soggetti a restrizioni minime di tempo di attività e di tempo di inattività applicate dall'hardware per prevenire danni ai costosi dispositivi IGCT. Le sue principali funzioni di gestione dei tempi di gating includono:
Temporizzazione interno-esterno : l'accensione e lo spegnimento degli IGCT esterni in una gamba del ponte rispetto agli IGCT interni vengono ritardati precisamente in base ai tempi di skew definiti nel firmware.
Underlap di fase : quando una fase cambia il suo stato di uscita, IS200BICIH1A avvia un timer che congela momentaneamente tutti gli stati di fase finché il reattore di commutazione non ha tempo sufficiente per ripristinarsi, prevenendo così pericolosi cortocircuiti fase-fase.
Rilevamento guasti del gate driver : IS200BICIH1A monitora continuamente il feedback sullo stato di integrità di ciascun modulo gate driver IGCT. Se viene rilevato un superamento anomalo del contatore di feedback dello stato, viene immediatamente impostato un blocco del guasto, attivando lo scatto del sistema convertitore.
Nucleo logico programmabile
La potente funzionalità principale della scheda IS200BICIH1A è realizzata dai suoi due field programmable gate array (FPGA) basati su SRAM: l'FPGA BRDG_IO e l'FPGA CELL_IO.
CELL_IO FPGA : questo FPGA è specificamente responsabile del controllo discreto e della protezione direttamente correlati ai gate driver IGCT. Gestisce la tempistica precisa dei cicli PWM ed esegue le azioni di protezione hardware più critiche, come la risposta a guasti da sovracorrente o interruzione spegnendo immediatamente i dispositivi interessati e registrando gli eventi di guasto nei registri di stato. Contiene timer PWM, registri dello stato iniziale, ecc. Tutti i parametri di controllo utilizzano una struttura a doppio buffer, che consente loro di essere aggiornati entro un intervallo di attività e di avere effetto in modo sincrono al successivo impulso di carico.
BRDG_IO FPGA : fungendo da interfaccia tra il DSPX/DSP locale e i segnali di controllo del ponte, questo FPGA gestisce tutti gli I/O discreti generali, la segnalazione dei guasti, i contatori VCO, l'interfaccia del tachimetro e gli I/O analogici. I suoi contatori VCO integrati bloccano i valori di conteggio per la lettura da parte di entrambi i processori. L'interfaccia del tachimetro supporta calcoli di impulsi frazionari ad alta precisione. Inoltre, l'accesso in scrittura a tutti i registri di comando viene bloccato quando il flag di abilitazione dell'elettronica di potenza (PE_ENABLE) è attivo, impedendo operazioni errate durante il funzionamento dell'azionamento.
Sistema di protezione e diagnostica
L'IS200BICIH1A è dotato di una rete di protezione e diagnostica multistrato e multidimensionale per garantire una protezione efficace in tutte le condizioni operative anomale.
Protezione hardware istantanea : eseguita principalmente dall'FPGA CELL_IO con tempi di risposta estremamente rapidi.
Spegnimento protettivo (PTO) : attivato da un guasto del carico (bloccato), da una sovracorrente istantanea o da un guasto del gate driver, spegne immediatamente la cella vittima.
Protezione dai guasti shoot-through : rileva tassi pericolosi di variazione di corrente (di/dt) monitorando la tensione attraverso il reattore del collegamento CC. Se la condizione persiste più a lungo del tempo del filtro guasto, viene impostato un blocco del guasto grave, avviando un'azione di congelamento per tutte le unità di fase. Ciò fornisce tempo sufficiente affinché i fusibili nella fase guasta si interattivino, prevenendo l'escalation del guasto.
Monitoraggio e reporting dello stato : attraverso i registri di stato BRDG_IO e CELL_IO, IS200BICIH1A segnala un'ampia varietà di informazioni su guasti e stato, inclusi ma non limitati a: vari guasti dell'alimentatore, guasti dell'orologio, guasti del gate driver per tutti gli IGCT, guasti dei fusibili ed errori di connessione dei cavi.
Autodiagnostica di bordo :
Identificazione della scheda (BRDID) : IS200BICIH1A incorpora un chip ID PROM seriale integrato, con la sua rete di identificazione estesa alle schede GGXI. Un esclusivo meccanismo di rilevamento della direzione della corrente garantisce la corretta connessione dei cavi PFBK e JGATE, impedendo il cablaggio incrociato.
Indicatore del pannello frontale : un singolo indicatore LED IMOK fornisce una visualizzazione visiva intuitiva dello stato di salute della scheda; se il LED è spento viene segnalata una condizione di guasto.
Punti di test : il pannello frontale fornisce un totale di 8 punti di test, da TP1 a TP8 , che emettono segnali analogici chiave come correnti di fase A1/B1/C1 e tensioni linea-linea VAB1/VBC1, nonché tensioni positive e negative del bus CC, per una comoda diagnostica in loco.
I/O analogico : il sistema integra tre ingressi analogici a 12 bit per il monitoraggio della temperatura ambiente locale della scheda, la temperatura del termistore esterno e l'esecuzione di loopback di autotest delle tensioni di soglia di protezione. Dispone inoltre di undici uscite analogiche utilizzate per impostare le soglie di protezione e fornire la conversione D/A diagnostica.
