IS200BPIAG1A IGBT Sürücü Köprüsü Kişilik Arayüz Kartı, GE Endüstriyel Kontrol Sistemleri tarafından IGBT tabanlı üç fazlı AC sürücü sistemleri için tasarlanan kritik bir arayüz bileşenidir. IS200BPIAG1A, kontrol elektroniği ile güç elektroniği arasında eksiksiz ve güvenilir bir sinyal arayüzü sağlayarak, sürücü sisteminin yüksek performanslı kontrolünü ve güvenli çalışmasını sağlayan temel köprü görevi görür. IS200BPIAG1A, standart bir VME tipi kart rafına monte edilir ve P1 konektörü aracılığıyla kontrol sistemi arka paneliyle arayüz oluşturur. Altı faza özel fiş konektörü aracılığıyla doğrudan A, B ve C fazlarının IGBT güç cihazlarına bağlanır.
IS200BPIAG1A, DC bağlantı voltajı ile VAB ve VBC çıkış voltajlarını izlemek için altı adet bağımsız olarak izole edilmiş IGBT kapı sürücü devresini, üç adet izole şönt Voltaj Kontrollü Osilatör (VCO) akım geri besleme devresini ve izole edilmiş VCO geri besleme devrelerini entegre eder. Ek olarak IS200BPIAG1A kartı, IGBT güç köprüsü için kapsamlı, yerelleştirilmiş bir koruma sistemi sağlayan yerleşik donanım düzeyinde faz aşırı akımı ve IGBT desatürasyon hatası korumasına sahiptir. Tüm bu işlevler, GE'nin güç elektroniği arayüzlerine yönelik son derece entegre ve modüler tasarım felsefesini gösteren tek bir standart VME form faktörü kartına entegre edilmiştir.
Güç Kaynağı Sistemi Tasarımı
IS200BPIAG1A'nın güç kaynağı sistemi, fazlar arasında ve yüksek gerilim ile alçak gerilim tarafları arasında elektriksel güvenliği sağlamak için yüksek düzeyde yalıtılmış bir tasarım şeması kullanır. Kartın izole gücü, her biri bir faza ayrılmış olan üç transformatörün sekonder sargılarından elde edilir. P1 konnektörü aracılığıyla sağlanan 17,7 V AC kare dalga sinyali, transformatör primerlerine güç sağlar. Her transformatör için:
Geçit Sürücüsü Güç Kaynakları : Üç ikincil sargıdan ikisi, üst ve alt IGBT kapı sürücü devrelerinin gerektirdiği izole +15 V (VCC) ve -7,5 V (VEE) beslemelerini üretmek için yarım dalga doğrultulmuş ve filtrelenmiştir. Bunlar, IGBT'lerin güvenilir bir şekilde açılıp kapanmasını sağlamak için gerekli pozitif ve negatif öngerilim voltajlarını sağlar.
Sinyal İşleme Güç Kaynağı : Üçüncü sekonder sargı, şönt akım geri besleme devreleri, faz voltajı geri besleme VCO devreleri ve arıza tespit devresi tarafından ihtiyaç duyulan izole ±12 V'yi sağlamak üzere tam dalga doğrultulmuş ve filtrelenmiştir. Ek olarak, +12 V besleme üzerindeki 5 V'luk bir doğrusal regülatör, hafif hizmet tipi 5 V'luk bir lojik besleme üretir.
Kontrol Mantığı Gücü : Sistem kontrol mantığı için gerekli olan +5 V referans beslemesi P1 konnektörü üzerinden doğrudan IS200BPIAG1A kartına sağlanır.
IS200BPIAG1A için genel güç gereksinimleri açıkça tanımlanmıştır: +5 V DC kaynağından ve 17,7 V AC kaynağından maksimum 1,5 W, kapı sürücüsü amplifikatör yükü olmadan maksimum 5 W ve kapı sürücüsü amplifikatör yüküyle maksimum 18 W.
IGBT Kapı Sürücü Devreleri
IS200BPIAG1A, her faz ayağı için tamamen bağımsız ve izole edilmiş iki IGBT geçit sürücü devresi ile yapılandırılmıştır: biri üst IGBT'yi kontrol ederken diğeri alt IGBT'yi kontrol eder. Bu, üç faz için toplam altı sürücü devresine eşittir. Her devre, optik olarak izole edilmiş bir hibrit geçit sürücü modülünden ve az sayıda ayrı bileşenden oluşur.
Sürücü Özellikleri ve Koruma Fonksiyonları : Geçit sürücü modülü, IGBT geçidini VCC (+15 V) ile VEE (-7,5 V) arasında sürerek, IGBT'nin iletim sırasında tamamen doygun olmasını sağlamak için yeterli pozitif öngerilim ve güvenilir kapanma ve parazitli açılmaya karşı direnç sağlamak için yeterli negatif öngerilim sağlar. Üst ve alt modüllerin kontrol girişleri, faz ayağında geçiş kısa devresine neden olabilecek eşzamanlı iletimi önlemek için paralel olmayan bir konfigürasyonda bağlanır. Modül, yalnızca 1,5 mikrosaniyelik tipik açma/kapama gecikmesi ile 5,0 A'lık bir tepe alıcı/kaynak akımı kapasitesine sahiptir.
Arıza Tespit Mekanizması : Her geçit sürücü devresi iki tür arıza üretebilir:
Desatürasyon Arızası : Modüle IGBT'yi açma komutu verildiğinde, IGBT'nin kollektörü ve vericisi arasındaki voltaj düşüşünü izler. Bu voltaj, 4,2 mikrosaniyeden (maksimum 6,6 mikrosaniye) daha uzun bir süre boyunca yaklaşık 10 V'luk tipik eşiği aşarsa, bu, IGBT'nin doyumdan çıktığını ve doğrusal çalışma bölgesine girdiğini gösterir; bu, cihazın hızla aşırı ısınmasına ve hasar görmesine neden olabilir. Modül hemen IGBT'yi KAPATACAK ve bir desatürasyon arızası bildirecektir.
Düşük Gerilim (UV) Hatası : Modül ayrıca VCC ile VEE arasındaki voltajı da izler. Bu voltaj 18 V'un altına düşerse, geçit sürücü voltajı IGBT'yi güvenilir bir şekilde sürmek için yetersiz olur ve bir düşük voltaj hatası meydana gelir. Bu iki arıza sinyali birlikte OR'lenir ve kontrol mantık devresine optik olarak geri bağlanır.
Şönt Akım Geri Besleme Sistemi
IS200BPIAG1A, A, B ve C fazlarının her birinde bir şönt direnç üzerindeki voltaj düşüşünü tespit ederek çıkış fazı akımlarının hassas ölçümünü gerçekleştirir. Her faz için akım geri besleme kanalı tamamen bağımsız ve izole edilmiştir.
VCO Sinyal Dönüşümü : Şönt üzerindeki voltaj sinyali önce bir amplifikatör tarafından koşullandırılır ve daha sonra onu bir frekans sinyaline dönüştüren bir VCO devresine iletilir. VCO çıkış frekans aralığı 0–2 MHz'dir ve çalışma noktası, sıfır akımda nominal çıkışın 1 MHz olmasını sağlayacak şekilde öngerilimlidir. Tam ölçekli şönt voltaj aralığı ±200 mV olup, ±800 kHz'lik bir çıkış frekansı değişikliğine karşılık gelir. Bu, basit frekans sayımı yoluyla kontrol sistemi tarafından kolayca yeniden oluşturulabilen yüksek hassasiyetli, gerçek zamanlı faz akımı ölçümüne olanak tanır.
Arıza Koruma Fonksiyonları : Akım geri besleme devresi ayrıca iki tür arızayı tespit etme kapasitesine sahiptir:
DI/DT Hatası : Şönt akım, nominal değerinin %100'ü veya daha fazla bir adım değişikliğine uğradığında, akım geri besleme devresi bu hatayı 25 mikrosaniye içinde algılayıp raporlayabilir, böylece sistemin aşırı akım değişiminden kaynaklanabilecek bozulmaları önlenir.
Aşırı Akım (OC) Arızası : Aşırı akım eşiği, nominal şönt akımının %250'sine ayarlanmıştır. Akımın bu eşiği aştığı tespit edilirse derhal bir aşırı akım arıza sinyali tetiklenir. Bu iki akım arıza sinyali de birlikte OR'lenir ve optik izolasyon yoluyla kontrol mantığı tarafına iletilir.
Fazdan Faza ve DC Bağlantı Gerilimi Geri Beslemesi
VAB ve VBC Faz-Faz Gerilim Geri Beslemesi : IS200BPIAG1A, şönt bağlantı noktalarından türetilen iki kanal aracılığıyla VAB ve VBC çıkış faz-faz gerilimlerini ustalıkla ölçer. VAB devresi, faz B şönt VCO devresini temel alır ve dirençli bir zayıflama ağı aracılığıyla faz A'ya bağlanır. VCB devresi, faz C şönt VCO devresini temel alır ve dirençli bir zayıflama ağı yoluyla faz B'ye bağlanır. Her bir VCO'nun çıkış frekansı aralığı 0–2 MHz'dir ve sıfır faz-faz gerilimde 976,8 kHz nominal çıkışa sahiptir. ±1,0 V fazdan faza gerilim, ±959,58 Hz'lik bir çıkış frekansı değişikliğine karşılık gelir. Tüm VCO çıkışları optik izolasyon yoluyla kontrol mantığına bağlanır.
DC Bağlantı Voltajı Geri Beslemesi : Üçüncü bir VCO voltajı geri besleme devresi, DC bağlantı voltajının izlenmesine ayrılmıştır. Bu devre, A fazı üst IGBT toplayıcı bağlantısına dirençli bir zayıflatma bağlantısıyla, A fazı alt geçit sürücü devresine referanslıdır. VCO çıkış aralığı da benzer şekilde 0–2 MHz'dir. Giriş, 0 ila 1198 V DC bağlantı voltajı 0 ila 2 MHz çıkış frekansına karşılık gelecek şekilde ölçeklendirilir.
Arıza Kontrol ve Kapı Sürücüsü Devre Dışı Bırakma Mekanizması
IS200BPIAG1A'dan gelen arıza sinyalleri doğası gereği geçicidir ve yalnızca arıza durumu süresince geçerli kalır. Bu nedenle kontrol sisteminin bu sinyalleri kilitlemek için P1 konnektörü aracılığıyla bir arıza giderme devresi kullanması gerekir.
Herhangi bir arıza tespit edildiğinde IS200BPIAG1A, altı IGBT kapı sürücü modülünün tümünün kontrol gücünü keserek kararlı bir koruyucu önlem alır. Bu işlevi uygulamak için P1 konektöründe özel yüksek hızlı ve arıza korumalı devre dışı bırakma hatları sağlanmıştır:
Yüksek Hızlı Sürücü Devre Dışı : Normal çalışma esnasında DRVPC hattı lojik düşük olmalı ve DRVP5 hattına +5 V uygulanmalıdır. Bir arıza tespit edildiğinde, DRVPC hattının yüksek seviyeye alınması, yüksek hızlı kapı sürücüsünün devre dışı bırakılmasını başlatır ve koruma yanıt süresini en aza indirir.
Arıza Korumalı Sürücüyü Devre Dışı Bırakma : DRVP5 hattından +5 V gücün bir dizi harici kontak aracılığıyla kesilmesi, IGBT sürücü modüllerini devre dışı bırakmak için arıza korumalı bir yöntem sağlar. Yüksek hızlı devre dışı bırakma kanalı başarısız olsa bile bu temas tabanlı yöntem, IGBT'lerin güvenilir bir şekilde kapatılmasını sağlar.
Kart Tanımlama ve Arayüz Bağlantıları
IS200BPIAG1A, kontrol sistemi için otomatik tak ve çalıştır kart tanımlama özelliğini destekleyen, kart tanımlama ve revizyon bilgileriyle programlanmış 1024 bitlik yerleşik seri bellek cihazına sahiptir.
P1 Köprü Kontrol Konektörü standart bir VME konektörü kullanır. Yüksek ve düşük voltaj sinyalleri arasında güvenli yalıtım mesafesi sağlamak amacıyla voltaj boşluğu için A ve D sıralarındaki çok sayıda pin kullanılır. B ve C satırları tüm temel kontrol sinyallerini taşır: 17,7 V AC güç girişi, köprü etkinleştirme sinyalleri, sürücü güç kontrolü, arıza sıfırlama, desatürasyon/UV ve üç fazın tamamı için şönt arıza durumu, geçit sürücü komut sinyalleri, VCO frekans çıkış sinyalleri, seri kart kimlik hattı ve anahtarlanmış +5 V sürücü güç çıkışı.
Altı Fazlı Konektörler doğrudan üç fazlı IGBT güç cihazlarına bağlanır ve şu şekilde ayrılır: APL, BPL ve CPL (her faz için kapı tahrik hatlarını ve şönt algılama noktalarını taşır) ve AAPL, BAPL ve CAPL (her fazın üst ve alt sürücü devreleri için izole edilmiş gücü sağlar).
