A placa de feedback de derivação de driver GE IS200DSFCG1ACA é um driver de porta especializado e módulo de feedback de corrente usado em pontes de fonte moduladas por largura de pulso (PWM) e drives CA da GE Industrial Control Systems Innovation Series™. A placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA contém um circuito de detecção de corrente, um circuito abrangente de detecção de falhas e dois circuitos de acionamento de porta IGBT isolados, todos integrados em uma única placa compacta que é montada diretamente nos módulos IGBT. Os circuitos do driver e de feedback são isolados galvanicamente e opticamente, garantindo uma operação segura e precisa no ambiente de alta tensão da ponte de alimentação do inversor.
A placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA foi projetada especificamente para uso com pontes de fonte PWM e unidades CA de 1000 Amp e 1800 Amp Innovation Series™. A placa faz interface com o sistema de controle do inversor por meio da placa de interface de personalidade da ponte de acionamento IS200BPIB (BPIB), que fornece os sinais de controle e energia para os circuitos do gate driver e recebe os sinais de falha e feedback de corrente dos circuitos de monitoramento de derivação. Uma ponte ou inversor de origem de 1000 A requer três placas de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA, uma por fase. Uma ponte ou drive de fonte de 1800 A requer seis placas de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA, com duas placas 'encadeadas' por fase, permitindo que o drive de gate e as funções de detecção de corrente sejam compartilhadas entre duas placas para uma classificação de corrente mais alta.
A placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA (grupo G1) foi projetada para uso em aplicações de inversores e fontes onde a entrada CA é RMS linha a linha de 600 V. A placa é montada diretamente nos módulos IGBT superior e inferior em cada perna de fase para manter a saída do driver e as conexões de entrada shunt tão curtas quanto possível, minimizando a indutância parasita e a captação de ruído. A placa é mantida no lugar pelas conexões de portão, emissor e coletor ao IGBT, sendo a orientação adequada da placa essencial para o posicionamento correto dos orifícios de montagem do portão, emissor e coletor.
A placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA é identificada pela convenção de numeração de peça GE usada em toda a linha de produtos de sistemas de controle industrial. O prefixo “IS200” identifica a placa como um produto da GE Industrial Control Systems, com “200” indicando especificamente que a placa é um conjunto de nível básico. O acrônimo 'DSFC' identifica a designação funcional da placa como uma placa IGBT Gate Driver/Shunt Feedback. A designação “G1” identifica o grupo de hardware e o revestimento normal, enquanto o sufixo “ACA” identifica a combinação de arte e revisão funcional. Todos os dígitos são importantes ao solicitar ou substituir qualquer placa, pois placas de diferentes níveis de revisão podem não conter hardware idêntico, e a GE garante compatibilidade retroativa de placas de substituição, ao mesmo tempo em que observa que diferentes níveis de revisão podem não conter componentes idênticos.
Esta introdução ao produto fornece informações técnicas detalhadas, descrições funcionais, atribuições de conectores, orientações de configuração e especificações abrangentes para a placa de feedback de derivação de driver GE IS200DSFCG1ACA, servindo como uma referência essencial para engenheiros de inversores, técnicos de manutenção e integradores de sistemas que trabalham com equipamentos de controle industrial GE.
Arquitetura Funcional e Processamento de Sinais
A placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA é construída em torno de uma arquitetura robusta para acionamento de porta IGBT, detecção de corrente, detecção de falhas e transmissão de sinal isolado. A placa executa diversas funções distintas que juntas garantem controle confiável e preciso da ponte de potência IGBT e medição precisa da corrente da fase de saída.
A função principal da placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA é a função de acionamento de porta para os módulos IGBT. Cada um dos dois circuitos de acionamento de porta IGBT isolados na placa aciona dois módulos IGBT em paralelo. Um circuito controla os IGBTs superiores de uma perna de fase, enquanto o outro controla os IGBTs inferiores. Esses circuitos acionam a porta IGBT entre VCC (+15 V) e VEE (-15 V) (emissor IGBT comum) e têm a capacidade de dissipar ou fornecer um pico máximo de 20 amperes. Os circuitos de acionamento da porta da placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA são projetados para operar em uma frequência de corte PWM máxima de 6 kHz, adequada para os requisitos de comutação dos inversores Innovation Series™.
Os diodos de entrada do optoacoplador de controle do inversor são conectados em uma configuração antiparalela que fornece controle do inversor superior e inferior a partir de uma linha de controle de par trançado diferencial comum. Este arranjo reduz o número de linhas de controle necessárias e simplifica a interface com a placa BPIB. Os resistores da série gate e os capacitores gate-emissor na placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA são dimensionados especificamente para o módulo IGBT, garantindo desempenho de comutação ideal e perdas mínimas.
Cada saída do gate driver na placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA é monitorada e o estado é indicado por um LED verde e um LED amarelo. O LED amarelo ficará aceso quando os IGBTs forem ligados, enquanto o LED verde ficará aceso quando os IGBTs forem desligados. Esta indicação visual permite que o pessoal de manutenção verifique rapidamente o estado operacional de cada circuito do gate driver.
Dois tipos de falhas podem ser detectados pelos circuitos do driver na placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA: dessaturação e subtensão. Essas falhas são relatadas através de uma linha de falha diferencial 'multiplexada' para os circuitos IGBT superiores e inferiores, reduzindo o número de sinais de interface necessários.
A detecção de falha de dessaturação é uma função de proteção crítica da placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA. Quando o driver é comandado para ligar o IGBT, a queda de tensão entre o emissor e o coletor do IGBT é monitorada. Se esta tensão exceder 10 V por 4 microssegundos, uma falha de dessaturação será anunciada. Um integrador RC com uma constante de tempo de 4 microssegundos no circuito monitor de dessaturação evita falhas errôneas de dessaturação causadas por ruído ou condições transitórias. Quando ocorre uma falha de dessaturação, a placa BPIB opera a placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA em um modo 'burst', onde um sinal PWM de 2 MHz é usado para reduzir lentamente a tensão da porta até zero (dentro de 2 a 5 microssegundos), fornecendo um desligamento controlado que minimiza o risco de danos ao IGBT.
A detecção de falha de subtensão também é fornecida na placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA. A tensão entre a fonte de alimentação do driver positivo (+15 V, MLP15 e MUP15) e a fonte de alimentação do driver negativo (-15 V, MLN15 e MUN15) é monitorada. Se a tensão entre as fontes de +15 V e -15 V cair abaixo de 20 V, ocorrerá uma falha de subtensão. Esta proteção garante que o IGBT não seja acionado com tensão de porta insuficiente, o que poderia causar dissipação excessiva de energia e potencial falha do dispositivo.
Essas duas falhas (dessaturação e subtensão) são logicamente conectadas em OR e acopladas opticamente a uma interface de driver diferencial para a lógica de controle. O optoacoplador no estado OK estará LIGADO (saída baixa). Inverter a polaridade de 5 V desligará o dispositivo que estava LIGADO e ligará o driver que estava DESLIGADO. Quando o inversor é inicialmente energizado, ambas as linhas de controle são mantidas no mesmo potencial para colocar os circuitos de acionamento da porta superior e inferior no estado DESLIGADO. Além disso, quando o inversor está operando, ambas as linhas de controle são mantidas no mesmo potencial por um período de tempo (tempo de espera) para garantir que os IGBTs superiores ou inferiores de uma perna de fase tenham sido desligados antes que outros sejam comandados para serem ligados. O tempo de permanência é controlado pela placa BPIB, garantindo a comutação segura do trecho de fase.
A segunda função principal da placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA é o feedback de corrente de derivação. A corrente da fase de saída é monitorada derivando um sinal de saída VCO da queda de tensão na derivação de fase. Esta tensão é amplificada e depois transmitida ao circuito VCO. O VCO tem uma faixa de 0–2 MHz e o circuito é polarizado de modo que em corrente zero a saída nominal seja de 1 MHz. Uma tensão de derivação de ±200 mV é convertida em uma alteração de ±800 kHz na frequência de saída do VCO. A saída do VCO é acoplada opticamente a uma interface de driver diferencial para a lógica de controle, garantindo uma transmissão precisa e imune a ruídos do sinal de feedback de corrente.
Duas falhas podem ser geradas pelo circuito de realimentação de corrente na placa de realimentação de derivação do driver IS200DSFCG1ACA: DI/DT e sobrecorrente instantânea (IOC). Uma falha DI/DT é gerada quando ocorre uma mudança de etapa de 100% ou mais na corrente nominal de derivação, e essa falha é relatada dentro de 25 microssegundos. Uma falha IOC é relatada se a corrente exceder um limite instantâneo predeterminado. Essas funções de proteção garantem que o inversor esteja protegido contra condições de sobrecorrente e transientes rápidos de corrente que podem danificar os IGBTs ou a carga.
Fontes de alimentação
A arquitetura da fonte de alimentação da placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA foi projetada para fornecer energia regulada e isolada aos circuitos de acionamento do portão, aos circuitos de feedback de corrente de derivação e aos circuitos de detecção de falhas. O lado de alta tensão de cada um dos circuitos do driver/monitor é alimentado por um transformador de isolamento, garantindo o isolamento galvânico entre o lado de controle e o lado de alimentação de alta tensão.
O primário do transformador de isolamento é conectado a um pico de ±17,7 volts (35,4 volts pico a pico), onda quadrada de 25 kHz. Dois dos três secundários são parcialmente retificados e filtrados para fornecer +15 V (VCC) e −15 V (VEE) isolados exigidos pelos circuitos de acionamento IGBT superior e inferior. Essas fontes não são reguladas, com tolerância de ±5% e máximo médio de 1 A para cada tensão. O terceiro secundário é retificado e filtrado de onda completa para fornecer ±12 V isolados exigidos pelo VCO de realimentação de corrente de derivação e circuito de detecção de falhas, com tolerância de ±10% e máximo médio de 100 mA para cada tensão.
O circuito shunt também requer uma alimentação lógica leve de 5 V que é gerada por um regulador linear de 5 V conectado à alimentação de +12 V. Esta fonte tem tolerância de ±10% e máximo médio de 100 mA. Apenas a alimentação de 5 V é regulada; os outros suprimentos não são regulamentados, mas são filtrados para fornecer desempenho aceitável de ondulação e ruído.
A carga máxima nas fontes de alimentação da placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA é a seguinte: ±17,7 V a 0,65 A RMS e +5 V a 150 mA. Essas classificações garantem que a placa possa fornecer a energia necessária aos circuitos de acionamento do portão e aos circuitos de feedback sob todas as condições de operação.
Atribuições e interfaces de conectores
A placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA fornece um conjunto abrangente de conectores que fazem interface com os módulos IGBT, a placa BPIB, o shunt de corrente, os sensores RTD e a placa DSFC conectada em série em aplicações de 1800 A. Cada conector desempenha uma função específica na cadeia de sinal geral, e compreender as atribuições desses conectores é essencial para instalação, manutenção e solução de problemas.
As tensões do link CC e a linha de detecção de tensão da fase de saída são conectadas aos terminais stab-on na placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA. O stab E1 fornece a linha de detecção de tensão de fase de saída (MVFB), o stab E17 fornece a tensão positiva do link CC (DCLP) e o stab E18 fornece a tensão negativa do link DC (DCLN). Essas conexões stab fornecem conexões confiáveis e de baixa impedância para sinais de alta tensão.
Todas as conexões aos IGBTs são feitas com o hardware de montagem através dos ilhós de montagem na placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA. As conexões de ilhó incluem o link positivo do coletor superior (UC), a porta do dispositivo A superior (UGA), o emissor do dispositivo A superior (UEA), a porta do dispositivo B superior (UGB), o emissor do dispositivo B superior (UEB), a porta do dispositivo A inferior (LGA), o emissor do dispositivo A inferior (LEA), a porta do dispositivo B inferior (LGB), o emissor do dispositivo B inferior (LEB) e o link do emissor inferior negativo (LE). Essas conexões de ilhó são fixadas com fixadores cativos e apertadas a 70 libras-polegada durante a instalação.
Todas as outras entradas e saídas da placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA são feitas em oito conectores: PPL1, PPL2, SHPL, THPL, THPL1, THPL2, DPPL1 e DPPL2. O conector PPL1 fornece a E/S da interface de fase com a placa de interface de personalidade da ponte de acionamento IS200BPIB, transportando os sinais positivos e negativos do VCO de derivação, os sinais positivos e negativos de falha de derivação, os sinais positivos de falha superior e inferior de falha, a interface +5 V e comum, e os sinais de acionamento superior e inferior. O conector PPL2 fornece E/S de interface de fase com a placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA em cadeia em aplicações de 1800 A, transportando os mesmos sinais da segunda placa.
O conector SHPL fornece a conexão de entrada de derivação para a derivação de corrente, com o pino 1 fornecendo a conexão do lado do motor de derivação (MSHM) e o pino 2 fornecendo a conexão do lado da ponte de derivação (MSCOM). Os conectores THPL, THPL1 e THPL2 fornecem conexões de detector térmico de resistência (RTD) ao RTD ou conexão de passagem ao BPIB para a placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA encadeada em série em aplicações de 1800 A. Os conectores DPPL1 e DPPL2 fornecem conexão de energia de onda quadrada de pico de 18,4 V CA do BPIB ou conexão de passagem do BPIB para a placa encadeada em série.
Indicadores LED
A placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA inclui cinco indicadores LED (DS1, DS2, DS3, DS4 e DS5) que fornecem indicação visual do status do link CC e do status do driver IGBT superior e inferior. DS1 é o LED vermelho monitor do link LINK ACIMA de 50 V, que fica LIGADO quando o link DC é maior que 50 V e DESLIGADO quando o link DC é menor que 50 V. Este indicador fornece um aviso claro da presença de tensão perigosa no link DC.
DS2 é o LED verde do monitor do driver superior (UFF), que fica LIGADO quando os IGBTs superiores são DESLIGADOS e DESLIGADO quando os IGBTs superiores são LIGADOS. DS3 é o LED verde do monitor do driver inferior (LFF), que fica LIGADO quando os IGBTs inferiores são DESLIGADOS e DESLIGADO quando os IGBTs inferiores são LIGADOS. DS4 é o LED amarelo do monitor do driver superior (UON), que fica LIGADO quando os IGBTs superiores são LIGADOS e DESLIGADO quando os IGBTs superiores são DESLIGADOS. DS5 é o LED amarelo (LON) do monitor do driver inferior, que fica LIGADO quando os IGBTs inferiores são LIGADOS e DESLIGADO quando os IGBTs inferiores são DESLIGADOS. Esses indicadores permitem que o pessoal de manutenção verifique rapidamente o estado operacional de cada circuito do acionador de portão e diagnostique falhas no acionamento do portão.
Dados e configuração do aplicativo
A placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA contém conectores plug e stab-on, conectores de ilhó de montagem no IGBT e indicadores LED como parte da placa. Não há itens de hardware ou fusíveis configuráveis na placa, simplificando a instalação e reduzindo o potencial de erros de configuração. A placa é configurada de fábrica para o módulo IGBT e aplicação específicos e nenhum ajuste de campo é necessário.
A placa é montada diretamente nos módulos IGBT superior e inferior em cada perna de fase para manter a saída do driver e as conexões de entrada shunt tão curtas quanto possível. A placa é mantida no lugar pelas conexões de portão, emissor e coletor ao IGBT, sendo a orientação adequada da placa essencial para o posicionamento correto dos orifícios de montagem do portão, emissor e coletor. O hardware de montagem é preso com dez porcas nas conexões do ilhó, com torque de 70 polegadas-libras.
Adequação de aplicativos e integração de sistemas
A placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA é um componente integral das pontes de fonte PWM e drives CA Innovation Series™ da GE, fornecendo funções de acionamento de portão e feedback de corrente que são essenciais para a operação da ponte de energia IGBT. Suas aplicações incluem pontes e drives de fonte de 1.000 A e 1.800 A, onde o tamanho compacto da placa, o alto isolamento e os recursos robustos de detecção de falhas garantem uma operação confiável e segura.
Em aplicações de 1000 A, são usadas três placas de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA, uma por fase. Cada placa aciona os IGBTs superiores e inferiores de sua perna de fase e fornece feedback de corrente do shunt de fase. Em aplicações de 1800 A, são utilizadas seis placas, com duas placas encadeadas em série por fase. O encadeamento em série permite que as funções de acionamento do portão e de detecção de corrente sejam compartilhadas entre duas placas, fornecendo a capacidade de corrente adicional necessária para a classificação de potência mais alta.
A placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA faz interface com o sistema de controle do inversor por meio da placa de interface de personalidade da ponte de acionamento IS200BPIB, que fornece os sinais de controle e energia para os circuitos do gate driver e recebe os sinais de falha e de feedback de corrente dos circuitos de monitoramento de derivação. A placa BPIB também controla o tempo de permanência entre as transições de comutação IGBT superior e inferior, garantindo a comutação segura da perna de fase.
As funções de detecção de falha de dessaturação e subtensão da placa fornecem proteção crítica para os IGBTs, evitando danos causados por condições de sobrecorrente, tensão insuficiente de acionamento do portão e outras condições de falha. As funções de detecção de falhas DI/DT e IOC fornecem proteção adicional para o inversor e a carga, garantindo que as condições de sobrecorrente sejam detectadas e relatadas dentro do tempo de resposta necessário.
Manutenção e Ciclo de Vida
A placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA foi projetada para longa vida útil com manutenção mínima. A placa não contém peças móveis ou componentes ajustáveis pelo usuário e sua construção em estado sólido garante alta confiabilidade em operação industrial contínua.
A manutenção de rotina consiste na inspeção visual periódica da placa, dos conectores e das peças de montagem. Os indicadores LED devem ser verificados para verificar o correto funcionamento dos gate drivers e do monitor de tensão do barramento CC. As porcas de montagem nas conexões dos olhais devem ser verificadas quanto ao torque adequado (70 polegadas-libras) e os conectores devem ser inspecionados quanto a sinais de danos, conexões soltas ou contaminação.
Se uma placa falhar, a substituição é simples, mas requer atenção cuidadosa aos procedimentos de segurança. Depois de desligar toda a energia do inversor e esperar alguns minutos para que todos os capacitores sejam descarregados, teste todos os circuitos elétricos antes de tocá-los para garantir que a energia esteja desligada. Desconecte todos os cabos da placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA, verificando se os cabos estão etiquetados com o nome correto do conector. Remova as dez porcas nas conexões dos olhais que prendem a placa aos IGBTs, tomando cuidado para evitar deixar cair as peças de montagem na unidade. Remova a placa antiga dos pinos de montagem dos IGBTs, oriente a nova placa na mesma posição e prenda com as dez porcas apertadas com torque de 70 polegadas-libras. Reconecte todos os cabos conforme etiquetados, garantindo que os cabos estejam adequadamente encaixados em ambas as extremidades, e feche todas as portas do gabinete do inversor e do equipamento.
A GE Industrial Control Systems garante a compatibilidade de suas placas de substituição, mesmo que placas de diferentes níveis de revisão possam não conter hardware idêntico. Ao solicitar uma placa de feedback de derivação do driver IS200DSFCG1ACA de reposição, forneça o número completo da peça e a descrição, o número de série da unidade e o número da lista de materiais (ML) da unidade. A fábrica pode substituir versões posteriores com base na disponibilidade e melhorias de design, mas a compatibilidade retroativa das placas de substituição é garantida.
Conclusão
A placa de feedback de derivação de driver GE IS200DSFCG1ACA é um driver de porta confiável, robusto e altamente integrado e um módulo de feedback de corrente para pontes de fonte PWM e inversores CA GE Innovation Series™. Seu abrangente acionamento de porta, detecção de falhas, detecção de corrente e recursos de transmissão de sinal isolado garantem controle preciso e seguro da ponte de potência IGBT, enquanto seu tamanho compacto e montagem direta nos módulos IGBT minimizam a indutância parasita e a captação de ruído. As funções de dessaturação, subtensão, DI/DT e detecção de falhas IOC da placa fornecem proteção crítica para os IGBTs e o inversor, garantindo alta confiabilidade e disponibilidade do sistema.
Com seus conectores padrão, indicadores LED claramente marcados e relatórios abrangentes de falhas, a placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA é um componente essencial em inúmeras instalações de inversores industriais em todo o mundo. Apoiada pela fabricação de qualidade da GE, pela rede de suporte global e pelo compromisso com a compatibilidade com versões anteriores, a placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA continua a oferecer o desempenho, a durabilidade e a facilidade de uso que os usuários industriais esperam da GE. Quer seja usada em uma nova instalação ou como substituição de uma placa existente, a placa de feedback de derivação de driver IS200DSFCG1ACA fornece o acionamento de portão e a funcionalidade de feedback de corrente necessária para um controle de acionamento industrial confiável e eficiente.
