A placa controladora de interface de ponte IS200BICIH1A é um componente de controle central projetado pela GE Industrial Systems para seus sistemas de acionamento Innovation Series™. Como um controlador altamente integrado e poderoso, o IS200BICIH1A é usado principalmente para gerenciar e controlar unidades inversoras de ponte que empregam Tiristores Comutados de Porta Integrada (IGCTs) como dispositivos de comutação. A placa IS200BICIH1A é montada em um rack de placa padrão Innovation Series™ e, por meio de coordenação precisa com o backplane, várias placas de aquisição de sinal e circuitos de acionamento de porta, realiza controle em tempo real, condicionamento de sinal e proteção multidimensional para sistemas complexos de conversão eletrônica de potência.
O valor central do IS200BICIH1A reside em sua poderosa capacidade de controlar até 28 dispositivos IGCT, suportando a geração de lógica de controle de inversor de três níveis, enquanto controla simultaneamente uma fonte de diodo e a seção de Frenagem Dinâmica (DB). Em termos de hardware, o IS200BICIH1A integra vários chips lógicos FPGA, um Processador de Sinal Digital (DSP) dedicado ao coprocessamento e inúmeras placas filhas. Isso estabelece uma arquitetura de sistema em camadas altamente confiável, que vai desde proteção rápida em submicrossegundos até coprocessamento de algoritmo de controle complexo.
Funções principais e arquitetura de controle
A placa IS200BICIH1A faz interface com a placa backplane do conjunto de controle IS200CABP por meio dos conectores backplane P1 e P2, permitindo a interação do sinal com o controlador principal do sistema e outras placas periféricas. A energia de entrada para o IS200BICIH1A é fornecida pela placa de fonte de alimentação de rack DS200RAPA, fornecida através do backplane. Atuando como núcleo de controle, o IS200BICIH1A recebe comandos de portão e sinais de feedback de status da placa de interface de alimentação da ponte IS200BPII, condicionando e encaminhando esses sinais.
Em relação ao processamento inteligente local, o IS200BICIH1A possui um Processador de Sinal Digital (DSP) integrado que opera como um coprocessador para a placa de controle DSPX principal. Seu processo de inicialização é gerenciado centralmente pela placa DSPX: a placa DSPX primeiro carrega uma imagem do carregador de inicialização na RAM de porta dupla (DPRAM) e, em seguida, libera o sinal de reinicialização para o DSP local do IS200BICIH1A, permitindo que ele comece a executar o código. Os dois processadores compartilham acesso aos registradores de hardware locais através de um mecanismo de arbitragem integrado na lógica do registrador, garantindo interação ordenada e consistente para comandos de controle e dados de status.
Processamento de sinais e mecanismos de feedback de alta precisão
A placa IS200BICIH1A fornece três conectores de painel frontal – PFBK1, PFBK2 e PSRC – que servem como interfaces principais para obter aquisição de sinal de alta precisão e proteção rápida.
Conectores PFBK1 e PFBK2 : Esses dois conectores de alta densidade de 44 pinos são responsáveis por receber sinais das placas de carga/fonte expansoras IS200GGXI. O PFBK1 lida com sinais de feedback da primeira ponte completa ou da primeira metade das células em uma configuração de ponte em série, enquanto o PFBK2 lida com o feedback da segunda ponte completa opcional ou da segunda metade das células. Os tipos de sinais de realimentação incluem correntes de fase, tensões de fase e tensões de link CC.
Conector PSRC : Este conector de alta densidade de 50 pinos recebe sinais de feedback da placa de fonte de diodo expansor IS200GGXD e é responsável por enviar sinais de controle de porta para os interruptores IGCT de Frenagem Dinâmica (DB).
Isolamento de feedback de tensão : Os sinais de tensão da placa de escala de feedback de tensão DS200NATO são isolados com segurança na placa IS200BICIH1A por meio de atenuação.
Todos os sinais analógicos de realimentação de corrente e tensão são transmitidos diferencialmente através de cabos blindados de par trançado dentro de cabos blindados para o IS200BICIH1A. Ao entrar na placa, esses sinais são divididos em dois caminhos de processamento paralelos:
Caminho rápido de proteção de hardware : Os sinais analógicos são comparados diretamente com vários valores de limite programáveis para gerar sinais lógicos de proteção para ação imediata de hardware, como desligamento de proteção de sobrecorrente, desligamento de falha de carga e sinais de falha de congelamento de corrente.
Caminho de amostragem de alta precisão do software : Cada sinal de feedback analógico passa por um oscilador controlado por tensão (VCO) síncrono, convertendo linearmente o valor da tensão analógica em um sinal de frequência. A frequência de saída varia linearmente de 0 Hz para uma entrada negativa em escala total a 2 MHz para uma entrada positiva em escala total. Esses sinais de frequência acionam contadores dentro do FPGA BRDG_IO, que são então lidos pelo DSP ativo para calcular valores de realimentação de corrente e tensão de alta precisão para algoritmos de controle complexos.
Comando de portão e gerenciamento de tempo crítico
Todos os comandos de disparo emitidos pelo IS200BICIH1A para as placas IGCT Gate Driver (IS200IGPA) estão sujeitos a restrições mínimas de tempo de ativação e de desligamento impostas por hardware para evitar danos aos dispendiosos dispositivos IGCT. Suas principais funções de gerenciamento de tempo de ativação incluem:
Temporização interna-externa : A ativação e desativação de IGCTs externos em uma perna da ponte em relação aos IGCTs internos são atrasadas com precisão de acordo com os tempos de inclinação definidos no firmware.
Subposição de fase : Quando uma fase muda seu estado de saída, o IS200BICIH1A inicia um temporizador que congela momentaneamente todos os estados de fase até que o reator de comutação tenha tempo suficiente para reiniciar, evitando assim perigosos curtos-circuitos fase-fase.
Detecção de falha do driver de portão : O IS200BICIH1A monitora continuamente o feedback do status de integridade de cada módulo do driver de portão IGCT. Se um estouro anormal do contador de feedback de status for detectado, uma trava de falha será imediatamente definida, acionando o desarme do sistema de acionamento.
Núcleo Lógico Programável
A poderosa funcionalidade central da placa IS200BICIH1A é realizada por seus dois Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) baseados em SRAM: o FPGA BRDG_IO e o FPGA CELL_IO.
CELL_IO FPGA : Este FPGA é especificamente responsável pelo controle discreto e proteção diretamente relacionado aos gate drivers IGCT. Ele gerencia o tempo preciso dos ciclos PWM e executa as ações de proteção de hardware mais críticas, como responder a falhas de sobrecorrente ou de disparo direto, desligando imediatamente os dispositivos afetados e registrando eventos de falha em registros de status. Ele contém temporizadores PWM, registros de estado inicial, etc. Todos os parâmetros de controle usam uma estrutura de buffer duplo, permitindo que sejam atualizados dentro de um intervalo de tarefa e entrem em vigor de forma síncrona no próximo pulso de carga.
BRDG_IO FPGA : Servindo como interface entre o DSPX/DSP local e os sinais de controle da ponte, este FPGA gerencia todas as E/S discretas gerais, relatórios de falhas, contadores VCO, interface do tacômetro e E/S analógica. Seus contadores VCO integrados travam valores de contagem para leitura por qualquer processador. A interface do tacômetro suporta cálculos de pulso fracionário de alta precisão. Além disso, o acesso de gravação a todos os registros de comando é bloqueado quando o sinalizador Power Electronics Enable (PE_ENABLE) está ativo, evitando operações erradas durante a operação do inversor.
Sistema de Proteção e Diagnóstico
O IS200BICIH1A apresenta uma rede de proteção e diagnóstico multicamadas e multidimensional para garantir proteção eficaz sob todas as condições operacionais anormais.
Proteção instantânea de hardware : executada principalmente pelo FPGA CELL_IO com tempos de resposta extremamente rápidos.
Desligamento Protetor (PTO) : Acionado por uma falha de carga (travada), sobrecorrente instantânea ou falha do gate driver, desligando imediatamente a(s) célula(s) vítima(s).
Proteção contra falhas Shoot-Through : Detecta taxas perigosas de mudança de corrente (di/dt) monitorando a tensão através do reator do barramento CC. Se a condição persistir por mais tempo que o tempo do filtro de falta, um bloqueio de falha grave será ativado, iniciando uma ação de congelamento para todas as unidades de fase. Isto fornece tempo suficiente para que os fusíveis na fase em falta sejam apagados, evitando a escalada da falha.
Monitoramento e Relatório de Status : Através dos registradores de status BRDG_IO e CELL_IO, o IS200BICIH1A relata uma ampla variedade de informações de falha e status, incluindo, mas não se limitando a: várias falhas de fonte de alimentação, falhas de relógio, falhas de gate driver para todos os IGCTs, falhas de fusíveis e erros de conexão de cabos.
Autodiagnóstico a bordo :
Identificação da placa (BRDID) : O IS200BICIH1A incorpora um chip PROM ID serial integrado, com sua rede de identificação estendida às placas GGXI. Um mecanismo exclusivo de detecção da direção da corrente garante a conexão correta dos cabos PFBK e JGATE, evitando cabeamento cruzado.
Indicador do painel frontal : Um único indicador LED IMOK fornece uma exibição visual intuitiva do status de integridade da placa; se o LED estiver apagado, uma condição de falha será indicada.
Pontos de teste : O painel frontal fornece um total de 8 pontos de teste, TP1 a TP8 , que emitem sinais analógicos importantes, como correntes de fase A1/B1/C1 e tensões linha a linha VAB1/VBC1, bem como tensões de barramento CC positivas e negativas, para diagnósticos convenientes no local.
E/S analógica : O sistema integra três entradas analógicas de 12 bits para monitorar a temperatura ambiente local da placa, uma temperatura de termistor externo e realizar loopback de autoteste de tensões limite de proteção. Ele também possui onze saídas analógicas usadas para definir limites de proteção e fornecer conversão D/A de diagnóstico.
