O IS200DSFCG1A é uma placa de feedback de driver/shunt IGBT de 1000/1800 Amp projetada pela General Electric (GE) para sua linha de produtos Innovation Series™. Esta placa é um componente crítico da série DSFC, usada principalmente em pontes de fontes moduladas por largura de pulso (PWM) e sistemas de acionamento CA. O DSFCG1A integra um circuito de detecção de corrente, um circuito de detecção de falhas e dois circuitos de acionamento de porta IGBT. Os circuitos de driver e de feedback utilizam tecnologias de isolamento galvânico e óptico para garantir isolamento seguro entre os lados de alta e baixa tensão.
Esta placa foi projetada especificamente para aplicações de inversor/fonte com entrada CA LL rms de 600 V e suporta sistemas de inversor classificados para níveis de corrente de 1.000 Amp e 1.800 Amp. Em um sistema de 1000 A é necessária uma placa DSFC por fase, totalizando três placas. Em um sistema de 1800 A, são necessárias duas placas DSFC conectadas em configuração “daisy chain” por fase, totalizando seis placas. O DSFCG1A faz interface com o sistema de controle do inversor por meio da placa de interface de personalidade IS200BPIB Drive Bridge (BPIB).
A placa DSFCG1A é montada diretamente nos módulos IGBT superior e inferior de cada perna de fase para garantir que a saída do gate drive e as conexões de entrada shunt sejam tão curtas quanto possível, minimizando assim a indutância parasita e a interferência de sinal. A placa é fixada aos IGBTs por meio de conexões de portão, emissor e coletor. A orientação adequada dos orifícios de montagem da placa durante a instalação é essencial.
II. Principais Funções
As funções principais do IS200DSFCG1A incluem, mas não estão limitadas a, o seguinte:
1. Acionamento do portão de fase de saída
Fornece dois circuitos de acionamento de porta IGBT isolados: um controlando o(s) IGBT(s) superior(es) de uma perna de fase, o outro controlando o(s) IGBT(s) inferior(es).
Cada circuito de acionamento pode acionar dois módulos IGBT em paralelo.
A faixa de tensão do inversor é VCC (+15 V) a VEE (-15 V), com o emissor IGBT como comum.
A capacidade de corrente de pico/fonte é de até 20 Amps.
A frequência máxima de corte PWM é de 6 kHz.
Os diodos de entrada do optoacoplador de controle do inversor são conectados em uma configuração antiparalela, permitindo o controle dos IGBTs superiores e inferiores a partir de uma única linha de controle de par trançado diferencial.
Os resistores da série gate e os capacitores emissores da placa são dimensionados especificamente para os módulos IGBT.
2. Detecção e relatório de falhas
O DSFCG1A pode detectar dois tipos de falhas: Falha de Dessaturação e Falha de Subtensão. Essas faltas são reportadas através de uma única linha de falta diferencial 'multiplexada' cobrindo os circuitos IGBT superior e inferior.
Falha de dessaturação: Quando o driver é comandado para ligar o IGBT, a queda de tensão no coletor-emissor do IGBT é monitorada. Se esta tensão exceder 10 V durante 4 microssegundos, uma falha de dessaturação será acionada. Após uma falha de dessaturação, a placa BPIB opera a placa DSFC em modo 'burst', usando um sinal PWM de 2 MHz para reduzir lentamente a tensão da porta até zero dentro de 2 a 5 microssegundos.
Falha de subtensão: A tensão entre a fonte de alimentação positiva do inversor (+15 V) e a fonte de alimentação negativa do inversor (-15 V) é monitorada. Se esta tensão cair abaixo de 20 V, uma falha de subtensão será acionada.
Os sinais de falha são logicamente OR, isolados opticamente e relatados à lógica de controle por meio de uma interface de driver diferencial. No estado normal (OK), o optoacoplador está LIGADO (saída baixa).
3. Feedback de corrente de desvio
A corrente da fase de saída é monitorada pela detecção da queda de tensão na derivação de fase. Esta tensão é amplificada e alimentada em um circuito oscilador controlado por tensão (VCO). A faixa de frequência do VCO é de 0 a 2 MHz, com o circuito polarizado para produzir 1 MHz com corrente zero. Uma alteração de ±200 mV na tensão de derivação é convertida em uma alteração de ±800 kHz na frequência de saída do VCO. A saída do VCO é isolada opticamente e transmitida à lógica de controle por meio de uma interface de driver diferencial.
O circuito de realimentação de corrente pode gerar dois tipos de falhas:
Falha DI/DT: Uma alteração de 100% ou mais na corrente nominal de derivação fará com que uma falha DI/DT seja relatada dentro de 25 microssegundos.
Falha de sobrecorrente instantânea (IOC): Uma falha IOC é relatada quando a corrente excede um limite definido.
4. Fontes de alimentação
O lado de alta tensão dos circuitos do driver/monitor é alimentado por um transformador de isolamento. O primário deste transformador está conectado a um pico de ±17,7 V (35,4 V pico a pico), onda quadrada de 25 kHz. Entre os três enrolamentos secundários:
Dois secundários são retificados de meia onda e filtrados para fornecer +15 V (VCC) e -15 V (VEE) isolados exigidos pelos circuitos de acionamento IGBT superior e inferior (não regulados, ±5%, 1 A médio máximo cada).
O terceiro secundário é retificado e filtrado em onda completa para fornecer ±12 V isolados exigidos pelo VCO de realimentação de corrente de derivação e circuito de detecção de falhas (não regulado, ±10%, máximo médio de 100 mA cada).
O circuito shunt também requer uma alimentação lógica de 5 V, gerada por um regulador linear de 5 V conectado à alimentação de +12 V (±10%, máximo médio de 100 mA). Apenas a fonte de alimentação de 5 V é regulada.
As cargas máximas são as seguintes:
±17,7 V: 0,65 A rms
+5V: 150mA
5. Indicadores LED de status
A placa DSFCG1A possui cinco indicadores LED para exibição do status do link CC e do driver IGBT:
| do LED |
Nomenclatura |
Descrição |
| DS1 |
LIGAÇÃO ACIMA DE 50V |
LED vermelho: aceso quando tensão do barramento CC > 50 V; DESLIGADO quando < 50 V |
| DS2 |
UFF |
LED verde: LIGADO quando os IGBTs superiores estão desligados; DESLIGADO quando conduzido LIGADO |
| DS3 |
LFF |
LED verde: LIGADO quando os IGBTs inferiores são desligados; DESLIGADO quando conduzido LIGADO |
| DS4 |
UON |
LED amarelo: LIGADO quando os IGBTs superiores estão LIGADOS; DESLIGADO quando desligado |
| DS5 |
LONGO |
LED amarelo: LIGADO quando os IGBTs inferiores estão LIGADOS; DESLIGADO quando desligado |
III. Aplicativos do sistema
1. Aplicação em Sistemas de Drive
O IS200DSFCG1A é um componente essencial nos sistemas de acionamento PWM GE Innovation Series™. Suas funções dentro do sistema incluem:
Acionamento do portão: Fornece sinais confiáveis de ativação e desativação dos módulos IGBT, garantindo a operação adequada dos interruptores de energia.
Feedback de corrente: Mede com precisão a corrente de fase através de um shunt e converte o sinal de corrente em um sinal de frequência para controle de malha fechada pelo sistema de controle.
Proteção contra falhas: Monitora continuamente o status operacional do IGBT, relatando rapidamente falhas como dessaturação, subtensão ou sobrecorrente para proteger os dispositivos de energia e a carga.
2. Configuração do sistema
Sistema 1000 A: Usa 1 placa DSFCG1A por fase, 3 placas no total para três fases. Cada placa se conecta à placa BPIB através do conector PPL1.
Sistema 1800 A: Utiliza 2 placas DSFCG1A por fase, conectadas em cadeia. A placa mestre se conecta ao BPIB via PPL1; a placa escrava se conecta ao PPL1 do mestre através de seu conector PPL2 para passagem de sinal.
3. Cenários típicos de aplicação
Inversores de freqüência variável CA industriais
Inversores de potência PWM
Centros de controle de motores
Controle de excitação para sistemas de geração de energia
Sistemas de Tração Ferroviária
Sistemas de propulsão elétrica marítima
4. Instruções de instalação e fiação
1. Local de montagem
A placa DSFCG1A é montada diretamente nos módulos IGBT. Durante a instalação, certifique-se de que os ilhós na placa estejam alinhados corretamente com os pinos/pernos do gate, do emissor e do coletor dos módulos IGBT. Prenda a placa usando as ferragens fornecidas para garantir conexões elétricas confiáveis.
2. Etapas de instalação
Certifique-se de que o sistema de acionamento esteja desligado e aguarde tempo suficiente (vários minutos) para que os capacitores sejam descarregados.
Abra a porta do gabinete da unidade e localize a placa DSFC a ser instalada ou substituída.
Alinhe a placa DSFC sobre os pinos de montagem do IGBT, garantindo que todos os ilhós se encaixem corretamente.
Prenda a placa usando as 10 porcas, apertando-as com 70 pol-lbs.
Reconecte todos os cabos de acordo com suas etiquetas, garantindo que os conectores estejam totalmente encaixados.
3. Descrição da fiação
Terminais Stab-on: Usados para conectar linhas de detecção de tensão do barramento CC e da fase de saída.
E1: Linha de detecção de tensão de fase de saída (MVFB)
E17: Link CC Positivo (DCLP)
E18: Link CC negativo (DCLN)
Ilhós de montagem IGBT: Usados para conexões com porta, emissor e coletor IGBT.
UC: Elo Coletor Superior (Link CC positivo)
UGA/UEA: Porta/Emissor do Dispositivo Superior A
UGB/UEB: Porta/Emissor do Dispositivo B Superior
LGA/LEA: Porta/Emissor do dispositivo A inferior
LGB/LEB: Porta/Emissor do Dispositivo B Inferior
LE: Link Emissor Inferior (link DC negativo)
Conectores de plugue:
PPL1: Conecta-se à placa BPIB, transportando sinais de acionamento, sinais de falha, sinais VCO e energia.
PPL2: Conecta-se à próxima placa DSFC em cadeia (usado apenas em sistemas de 1800 A).
SHPL: Conecta-se à derivação de corrente, entrada para sinal de tensão de derivação.
THPL/THPL1/THPL2: Conexões para detectores térmicos de resistência (RTD) ou conexões de passagem para encadeamento em série.
DPPL1/DPPL2: Recebe energia de onda quadrada de pico de 18,4 V CA do BPIB ou atua como uma passagem de energia para encadeamento em série.
V. Diagnóstico e Manutenção
1. Indicação de status
O status do sistema pode ser avaliado rapidamente através dos cinco LEDs integrados:
DS1 (Vermelho): Indicador de Tensão do Link CC. Deve estar LIGADO durante a operação normal quando a tensão do barramento exceder 50 V.
DS2/DS3 (Verde): Indicadores de status IGBT superior/inferior desligado. LIGADO quando os IGBTs são desligados, DESLIGADO quando LIGADOS.
DS4/DS5 (Amarelo): Indicadores de status IGBT LIGADO superior/inferior. LIGADO quando os IGBTs são ligados, DESLIGADO quando desligados.
Durante a operação PWM normal, DS2 e DS3 podem estar LIGADOS constantemente ou alternar com DS4/DS5 dependendo do estado, enquanto DS4 e DS5 devem piscar correspondendo aos pulsos PWM.
2. Diagnóstico de falhas
O DSFCG1A fornece detecção abrangente de falhas, legível através da placa BPIB:
Falha de dessaturação: Normalmente indica sobrecorrente ou curto-circuito no IGBT. Verifique a carga e os módulos IGBT.
Falha de subtensão: Indica tensão insuficiente na fonte de alimentação do inversor. Verifique o circuito de alimentação.
Falha DI/DT: Indica uma taxa excessiva de alteração de corrente, possivelmente devido a transientes de carga ou anomalias de controle.
Falha IOC: Indica sobrecorrente instantânea. Verifique a carga e o circuito de feedback de corrente.
3. Precauções de manutenção
Siga as precauções de ESD (descarga eletrostática) ao manusear a placa. Use uma pulseira de aterramento e guarde as placas em sacos antiestáticos.
Não conecte ou desconecte cabos enquanto a alimentação estiver aplicada, para evitar danos à placa ou riscos à segurança.
Inspecione periodicamente os conectores quanto a folgas e verifique a operação normal do LED.
Ao substituir uma placa, certifique-se de que a nova placa tenha o número de modelo correto (IS200DSFCG1A) e preste atenção à orientação de montagem e às especificações de torque.
