IS200DSFCG1A to płytka sterownika bramki IGBT/bocznika 1000/1800 A zaprojektowana przez firmę General Electric (GE) dla linii produktów Innovation Series™. Płyta ta jest kluczowym elementem serii DSFC, używanym głównie w mostkach źródłowych z modulacją szerokości impulsu (PWM) i systemach napędów prądu przemiennego. DSFCG1A integruje obwód wykrywania prądu, obwód wykrywania usterek i dwa obwody sterujące bramką IGBT. Zarówno obwody sterownika, jak i sprzężenia zwrotnego wykorzystują technologie izolacji galwanicznej i optycznej, aby zapewnić bezpieczną izolację pomiędzy stroną wysokiego i niskiego napięcia.
Płyta ta została specjalnie zaprojektowana do zastosowań związanych z przemiennikami/źródłami z wejściem prądu przemiennego o napięciu 600 V LL rms i obsługuje systemy napędowe o natężeniu prądu zarówno 1000 A, jak i 1800 A. W systemie 1000 A wymagana jest jedna karta DSFC na fazę, co daje w sumie trzy płytki. W systemie 1800 A wymagane są dwie płytki DSFC połączone w konfiguracji „łańcuchowej” na fazę, co daje w sumie sześć płytek. DSFCG1A łączy się z systemem sterowania napędem za pośrednictwem karty interfejsu osobistego mostka napędowego IS200BPIB (BPIB).
Płytkę DSFCG1A montuje się bezpośrednio na górnym i dolnym module IGBT każdej odnogi fazy, aby zapewnić możliwie najkrótsze połączenia wyjściowe napędu bramki i wejścia bocznikowego, minimalizując w ten sposób indukcyjność pasożytniczą i zakłócenia sygnału. Płytka jest przymocowana do tranzystorów IGBT za pomocą połączeń bramki, emitera i kolektora. Podczas instalacji istotne jest prawidłowe zorientowanie otworów montażowych płyty.
II. Główne funkcje
Podstawowe funkcje IS200DSFCG1A obejmują między innymi:
1. Napęd bramki fazy wyjściowej
Zapewnia dwa izolowane obwody sterujące bramką IGBT: jeden sterujący górnymi IGBT gałęzi fazowej, drugi sterujący dolnymi IGBT(ami).
Każdy obwód napędowy może sterować dwoma równoległymi modułami IGBT.
Zakres napięcia napędu to VCC (+15 V) do VEE (-15 V), przy czym emiter IGBT jest wspólny.
Maksymalny prąd źródła/ujścia wynosi do 20 amperów.
Maksymalna częstotliwość przerywania PWM wynosi 6 kHz.
Diody wejściowe transoptora sterującego napędem są połączone w konfiguracji antyrównoległej, umożliwiając sterowanie zarówno górnym, jak i dolnym tranzystorem IGBT z pojedynczej różnicowej skrętki sterującej.
Rezystory szeregowe bramki i kondensatory bramka-emiter na płycie są specjalnie dobrane pod kątem modułów IGBT.
2. Wykrywanie i raportowanie usterek
DSFCG1A może wykryć dwa typy błędów: błąd desaturacji i błąd zbyt niskiego napięcia. Błędy te są zgłaszane poprzez pojedynczą „multipleksowaną” linię zwarcia różnicowego obejmującą zarówno górny, jak i dolny obwód IGBT.
Błąd desaturacji: Kiedy sterownik otrzyma polecenie włączenia IGBT, monitorowany jest spadek napięcia na emiterze-kolektorze IGBT. Jeśli napięcie to przekroczy 10 V przez 4 mikrosekundy, zostanie wyzwolony błąd desaturacji. W przypadku błędu desaturacji karta BPIB uruchamia kartę DSFC w trybie „burst”, wykorzystując sygnał PWM o częstotliwości 2 MHz do powolnego obniżania napięcia bramki do zera w ciągu 2 do 5 mikrosekund.
Błąd zbyt niskiego napięcia: Monitorowane jest napięcie pomiędzy dodatnim zasilaniem napędu (+15 V) i ujemnym zasilaniem napędu (-15 V). Jeśli napięcie to spadnie poniżej 20 V, zostanie wygenerowany błąd zbyt niskiego napięcia.
Sygnały usterek są logicznie OR, izolowane optycznie i zgłaszane do logiki sterującej poprzez różnicowy interfejs sterownika. W stanie normalnym (OK) transoptor jest włączony (wyjście niskie).
3. Bocznikowe sprzężenie zwrotne prądu
Wyjściowy prąd fazowy jest monitorowany poprzez wykrywanie spadku napięcia na boczniku fazowym. Napięcie to jest wzmacniane i podawane do obwodu oscylatora sterowanego napięciem (VCO). Zakres częstotliwości VCO wynosi od 0 do 2 MHz, przy czym obwód jest przesunięty do częstotliwości wyjściowej 1 MHz przy zerowym prądzie. Zmiana napięcia bocznikowego o ±200 mV jest przekształcana na zmianę częstotliwości wyjściowej VCO o ±800 kHz. Wyjście VCO jest izolowane optycznie i przesyłane do logiki sterującej poprzez różnicowy interfejs sterownika.
Obwód prądowego sprzężenia zwrotnego może generować dwa rodzaje usterek:
Błąd DI/DT: Zmiana skokowa znamionowego prądu bocznikowego o 100% lub więcej spowoduje zgłoszenie błędu DI/DT w ciągu 25 mikrosekund.
Błąd chwilowego przeciążenia prądowego (IOC): Błąd IOC jest zgłaszany, gdy prąd przekracza ustawiony próg.
4. Zasilacze
Strona wysokiego napięcia obwodów sterownika/monitora jest zasilana przez transformator izolujący. Uzwojenie pierwotne tego transformatora jest podłączone do wartości szczytowej ±17,7 V (międzyszczytowej 35,4 V), fali prostokątnej 25 kHz. Wśród trzech uzwojeń wtórnych:
Dwa uzwojenia wtórne są prostowane półfalowo i filtrowane, aby zapewnić izolowane napięcie +15 V (VCC) i -15 V (VEE) wymagane przez górny i dolny obwód sterownika IGBT (nieregulowany, ±5%, średnio maksymalnie 1 A każdy).
Trzeci obwód wtórny jest prostowany pełnookresowo i filtrowany, aby zapewnić izolowane ±12 V wymagane przez obwód VCO sprzężenia zwrotnego prądu bocznikowego i obwód wykrywania usterek (nieregulowany, ±10%, średnio maksymalnie 100 mA każdy).
Obwód bocznikowy wymaga również zasilania logicznego 5 V, generowanego przez regulator liniowy 5 V podłączony do zasilania +12 V (±10%, średnio maksymalnie 100 mA). Regulowane jest tylko zasilanie 5 V.
Maksymalne obciążenia są następujące:
±17,7 V: 0,65 A rms
+5 V: 150 mA
5. Wskaźniki stanu LED
Płytka DSFCG1A posiada pięć wskaźników LED do wyświetlania stanu łącza DC i sterownika IGBT:
| LED |
Nazewnictwo diod |
Opis |
| DS1 |
LINK POWYŻEJ 50V |
Czerwona dioda LED: świeci, gdy napięcie obwodu pośredniego > 50 V; WYŁ., gdy < 50 V |
| DS2 |
Uff |
Zielona dioda LED: WŁĄCZONA, gdy górne IGBT są wyłączone; WYŁ. po włączeniu |
| DS3 |
LFF |
Zielona dioda LED: WŁĄCZONA, gdy dolne IGBT są wyłączone; WYŁ. po włączeniu |
| DS4 |
UON |
Żółta dioda LED: WŁĄCZONA, gdy górne IGBT są włączone; WYŁ. po wyłączeniu |
| DS5 |
LON |
Żółta dioda LED: WŁĄCZONA, gdy dolne IGBT są włączone; WYŁ. po wyłączeniu |
III. Aplikacje systemowe
1. Zastosowanie w układach napędowych
IS200DSFCG1A jest istotnym elementem systemów napędowych PWM GE Innovation Series™. Jego role w systemie obejmują:
Sterowanie bramką: Zapewnia niezawodne sygnały włączania i wyłączania modułów IGBT, zapewniając prawidłowe działanie przełączników zasilania.
Prądowe sprzężenie zwrotne: Precyzyjnie mierzy prąd fazowy za pomocą bocznika i przetwarza sygnał prądowy na sygnał częstotliwościowy do sterowania w pętli zamkniętej przez system sterowania.
Ochrona przed awariami: Stale monitoruje stan pracy IGBT, szybko zgłaszając błędy, takie jak desaturacja, zbyt niskie napięcie lub przetężenie, aby chronić urządzenia zasilające i obciążenie.
2. Konfiguracja systemu
System 1000 A: wykorzystuje 1 kartę DSFCG1A na fazę, łącznie 3 płytki na trzy fazy. Każda płytka łączy się z płytką BPIB za pomocą złącza PPL1.
System 1800 A: wykorzystuje 2 płytki DSFCG1A na fazę, połączone szeregowo. Płyta główna łączy się z BPIB poprzez PPL1; karta podrzędna łączy się z PPL1 urządzenia głównego za pośrednictwem złącza PPL2 w celu przesłania sygnału.
3. Typowe scenariusze zastosowań
Przemysłowe przemienniki częstotliwości AC
Falowniki mocy PWM
Centra sterowania silnikami
Sterowanie wzbudzeniem w systemach wytwarzania energii
Systemy trakcji kolejowej
Morskie elektryczne systemy napędowe
IV. Instrukcje instalacji i okablowania
1. Miejsce montażu
Płytkę DSFCG1A montuje się bezpośrednio na modułach IGBT. Podczas instalacji upewnij się, że oczka na płytce są prawidłowo dopasowane do bramki, emitera i kołków/kołków kolektora modułów IGBT. Zamocuj płytkę za pomocą dostarczonego sprzętu, aby zapewnić niezawodne połączenia elektryczne.
2. Kroki instalacji
Upewnij się, że zasilanie układu napędowego jest WYŁĄCZONE i poczekaj (kilka minut) na rozładowanie kondensatorów.
Otwórz drzwi szafy przetwornicy częstotliwości i zlokalizuj kartę DSFC, która ma zostać zainstalowana lub wymieniona.
Wyrównaj płytkę DSFC nad kołkami montażowymi IGBT, upewniając się, że wszystkie oczka są prawidłowo dopasowane.
Zamocuj deskę za pomocą 10 nakrętek, dokręcając je momentem 70 funtów/cal.
Podłącz ponownie wszystkie kable zgodnie z ich etykietami, upewniając się, że złącza są prawidłowo osadzone.
3. Opis okablowania
Zaciski zatrzaskowe: Używane do podłączania przewodów prądu stałego i linii wykrywania napięcia fazowego na wyjściu.
E1: Linia wykrywania napięcia fazy wyjściowej (MVFB)
E17: Dodatnie złącze DC (DCLP)
E18: Ujemny obwód DC (DCLN)
Oczka montażowe IGBT: Używane do połączeń z bramką, emiterem i kolektorem IGBT.
UC: Górne łącze kolektora (dodatnie łącze DC)
UGA/UEA: Górna bramka/emiter urządzenia A
UGB/UEB: Górna bramka/emiter urządzenia B
LGA/LEA: Dolna bramka/emiter urządzenia A
LGB/LEB: Dolna bramka/emiter urządzenia B
LE: Dolne łącze emitera (ujemne łącze DC)
Złącza wtykowe:
PPL1: Łączy się z płytą BPIB, przenosząc sygnały napędu, sygnały usterek, sygnały VCO i zasilanie.
PPL2: Łączy się z następną kartą DSFC w łańcuchu (używany tylko w systemach 1800 A).
SHPL: Łączy z bocznikiem prądowym, wejście sygnału napięcia bocznikowego.
THPL/THPL1/THPL2: Złącza dla rezystancyjnych czujników termicznych (RTD) lub połączenia przelotowe do łączenia łańcuchowego.
DPPL1/DPPL2: Odbiera szczytową moc fali prostokątnej o napięciu 18,4 V AC z BPIB lub działa jako przepust mocy w przypadku łączenia łańcuchowego.
V. Diagnostyka i konserwacja
1. Wskazanie stanu
Stan systemu można szybko ocenić za pomocą pięciu wbudowanych diod LED:
DS1 (czerwony): Wskaźnik napięcia łącza DC. Powinien być włączony podczas normalnej pracy, gdy napięcie magistrali przekracza 50 V.
DS2/DS3 (zielony): Wskaźniki stanu wyłączenia górnego/dolnego IGBT. WŁĄCZONA, gdy IGBT są wyłączone, WYŁĄCZONA, gdy są włączone.
DS4/DS5 (żółty): Wskaźniki stanu włączenia górnego/dolnego IGBT. WŁĄCZONA, gdy tranzystory IGBT są włączone, WYŁĄCZONA, gdy są wyłączone.
Podczas normalnej pracy PWM, DS2 i DS3 mogą być włączone stale lub na zmianę z DS4/DS5, w zależności od stanu, podczas gdy DS4 i DS5 powinny migać zgodnie z impulsami PWM.
2. Diagnoza usterek
DSFCG1A zapewnia kompleksowe wykrywanie usterek, które można odczytać za pośrednictwem karty BPIB:
Błąd desaturacji: Zwykle wskazuje na przetężenie lub zwarcie IGBT. Sprawdź obciążenie i moduły IGBT.
Błąd zbyt niskiego napięcia: Wskazuje niewystarczające napięcie zasilania napędu. Sprawdź obwód zasilania.
Błąd DI/DT: Wskazuje nadmierną szybkość zmian prądu, prawdopodobnie z powodu stanów nieustalonych obciążenia lub anomalii sterowania.
Błąd IOC: Wskazuje chwilowe przetężenie. Sprawdź obciążenie i obwód sprzężenia zwrotnego prądu.
3. Środki ostrożności dotyczące konserwacji
Podczas obchodzenia się z płytą należy przestrzegać środków ostrożności związanych z wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD). Noś pasek uziemiający i przechowuj płyty w workach antystatycznych.
Nie podłączaj ani nie odłączaj kabli, gdy włączone jest zasilanie, aby zapobiec uszkodzeniu płyty lub zagrożeniom bezpieczeństwa.
Okresowo sprawdzaj złącza pod kątem luzów i sprawdzaj normalne działanie diody LED.
Podczas wymiany płytki upewnij się, że nowa płyta ma prawidłowy numer modelu (IS200DSFCG1A) i zwróć uwagę na orientację montażu i specyfikacje momentu obrotowego.
