IS200DSFCG1A là Bảng phản hồi Shunt/Trình điều khiển cổng IGBT 1000/1800 Amp được thiết kế bởi General Electric (GE) cho dòng sản phẩm Innovation Series™ của hãng. Bo mạch này là một thành phần quan trọng trong dòng DSFC, chủ yếu được sử dụng trong các cầu nguồn Điều chế độ rộng xung (PWM) và hệ thống ổ đĩa AC. DSFCG1A tích hợp mạch cảm biến dòng điện, mạch phát hiện lỗi và hai mạch điều khiển cổng IGBT. Cả mạch điều khiển và mạch phản hồi đều sử dụng công nghệ cách ly điện và quang để đảm bảo cách ly an toàn giữa các phía điện áp cao và điện áp thấp.
Bo mạch này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng ổ đĩa/nguồn có đầu vào AC 600 V LL rms và hỗ trợ các hệ thống truyền động được xếp hạng cho cả mức dòng điện 1000 Amp và 1800 Amp. Trong hệ thống 1000 A, cần có một bảng DSFC cho mỗi pha, tổng cộng có ba bảng. Trong hệ thống 1800 A, cần có hai bảng DSFC được kết nối theo cấu hình 'chuỗi cúc' cho mỗi pha, tổng cộng là sáu bảng. DSFCG1A giao tiếp với hệ thống điều khiển ổ đĩa thông qua Bảng giao diện tính cách cầu dẫn động IS200BPIB (BPIB).
Bảng DSFCG1A được gắn trực tiếp lên mô-đun IGBT trên và dưới của mỗi chân pha để đảm bảo rằng các kết nối đầu ra cổng và đầu vào shunt càng ngắn càng tốt, nhờ đó giảm thiểu điện cảm ký sinh và nhiễu tín hiệu. Bảng mạch được bảo mật với IGBT thông qua các kết nối cổng, bộ phát và bộ thu. Việc định hướng đúng các lỗ lắp bo mạch trong quá trình lắp đặt là điều cần thiết.
II. Chức năng chính
Các chức năng chính của IS200DSFCG1A bao gồm nhưng không giới hạn ở những chức năng sau:
1. Ổ đĩa cổng pha đầu ra
Cung cấp hai mạch điều khiển cổng IGBT riêng biệt: một mạch điều khiển (các) IGBT phía trên của chân pha, mạch còn lại điều khiển (các) IGBT phía dưới.
Mỗi mạch điều khiển có thể điều khiển hai mô-đun IGBT song song.
Dải điện áp của ổ đĩa là VCC (+15 V) đến VEE (-15 V), với bộ phát IGBT là phổ biến.
Khả năng dòng điện cực đại của nguồn/sink lên tới 20 Amps.
Tần số cắt tối đa của tín hiệu điều khiển xung điện xung là 6 kHz.
Các điốt đầu vào của bộ ghép quang điều khiển ổ đĩa được kết nối theo cấu hình chống song song, cho phép điều khiển cả IGBT trên và dưới từ một đường điều khiển cặp xoắn vi sai duy nhất.
Các điện trở dòng cổng và tụ điện cực phát của bo mạch có kích thước đặc biệt dành cho mô-đun IGBT.
2. Phát hiện và báo cáo lỗi
DSFCG1A có thể phát hiện hai loại lỗi: Lỗi giảm bão hòa và Lỗi thấp áp. Những lỗi này được báo cáo thông qua một đường lỗi vi sai 'ghép kênh' duy nhất bao phủ cả mạch IGBT trên và dưới.
Lỗi giảm bão hòa: Khi trình điều khiển được lệnh BẬT IGBT, sự sụt giảm điện áp trên bộ thu-phát của IGBT sẽ được theo dõi. Nếu điện áp này vượt quá 10 V trong 4 micro giây, lỗi khử bão hòa sẽ được kích hoạt. Khi xảy ra lỗi giảm độ bão hòa, bo mạch BPIB vận hành bo mạch DSFC ở chế độ 'bùng nổ', sử dụng tín hiệu xung nhịp 2 MHz để từ từ đưa điện áp cổng xuống 0 trong vòng 2 đến 5 micro giây.
Lỗi điện áp thấp: Điện áp giữa nguồn điện ổ dương (+15 V) và nguồn điện ổ âm (-15 V) được theo dõi. Nếu điện áp này giảm xuống dưới 20 V, lỗi thấp áp sẽ xảy ra.
Các tín hiệu lỗi được OR một cách logic, cách ly về mặt quang học và được báo cáo tới logic điều khiển thông qua giao diện trình điều khiển vi sai. Ở trạng thái bình thường (OK), bộ ghép quang BẬT (đầu ra ở mức thấp).
3. Tắt phản hồi hiện tại
Dòng pha đầu ra được theo dõi bằng cách cảm nhận sự sụt giảm điện áp trên shunt pha. Điện áp này được khuếch đại và đưa vào mạch Dao động điều khiển điện áp (VCO). Dải tần số VCO là từ 0 đến 2 MHz, với mạch được thiên vị để xuất ra 1 MHz ở dòng điện bằng 0. Sự thay đổi ±200 mV ở điện áp shunt được chuyển thành thay đổi ±800 kHz ở tần số đầu ra VCO. Đầu ra VCO được cách ly về mặt quang học và truyền tới logic điều khiển thông qua giao diện trình điều khiển vi sai.
Mạch phản hồi hiện tại có thể tạo ra hai loại lỗi:
Lỗi DI/DT: Thay đổi bước 100% hoặc lớn hơn trong dòng điện shunt định mức sẽ gây ra lỗi DI/DT được báo cáo trong vòng 25 micro giây.
Lỗi quá dòng tức thời (IOC): Lỗi IOC được báo cáo khi dòng điện vượt quá ngưỡng đã đặt.
4. Nguồn điện
Phía điện áp cao của mạch điều khiển/màn hình được cấp nguồn bằng biến áp cách ly. Cuộn sơ cấp của máy biến áp này được kết nối với cực đại ±17,7 V (đỉnh đến đỉnh 35,4 V), sóng vuông 25 kHz. Trong số ba cuộn dây thứ cấp:
Hai mạch thứ cấp được chỉnh lưu và lọc nửa sóng để cung cấp mức +15 V (VCC) và -15 V (VEE) cách ly theo yêu cầu của mạch điều khiển IGBT trên và dưới (không được kiểm soát, mỗi mạch tối đa trung bình ±5%, 1 A).
Thứ cấp thứ ba được chỉnh lưu và lọc toàn sóng để cung cấp mức cách ly ±12 V theo yêu cầu của VCO phản hồi dòng song song và mạch phát hiện lỗi (không được kiểm soát, mỗi loại trung bình tối đa ±10%, 100 mA).
Mạch shunt cũng yêu cầu nguồn logic 5 V, được tạo ra bởi bộ điều chỉnh tuyến tính 5 V được kết nối với nguồn cung cấp +12 V (±10%, tối đa trung bình 100 mA). Chỉ có nguồn điện 5 V được điều chỉnh.
Tải trọng tối đa như sau:
±17,7V: 0,65A hiệu dụng
+5 V: 150 mA
5. Đèn LED trạng thái
Bảng DSFCG1A có năm đèn LED để hiển thị trạng thái trình điều khiển IGBT và liên kết DC:
| LED |
Danh pháp |
Mô tả |
| DS1 |
LIÊN KẾT TRÊN 50V |
Đèn LED màu đỏ: BẬT khi điện áp liên kết DC > 50 V; TẮT khi < 50 V |
| DS2 |
UFF |
Đèn LED màu xanh lục: BẬT khi IGBT phía trên được TẮT; TẮT khi BẬT lái xe |
| DS3 |
LFF |
Đèn LED màu xanh lục: BẬT khi IGBT thấp hơn được TẮT; TẮT khi BẬT lái xe |
| DS4 |
UON |
Đèn LED màu vàng: BẬT khi IGBT trên được BẬT; TẮT khi điều khiển TẮT |
| DS5 |
LON |
Đèn LED màu vàng: BẬT khi IGBT thấp hơn được BẬT; TẮT khi điều khiển TẮT |
III. Ứng dụng hệ thống
1. Ứng dụng trong Hệ thống truyền động
IS200DSFCG1A là thành phần thiết yếu trong hệ thống truyền động GE Innovation Series™PWM. Vai trò của nó trong hệ thống bao gồm:
Điều khiển cổng: Cung cấp tín hiệu điều khiển bật và tắt đáng tin cậy cho các mô-đun IGBT, đảm bảo các công tắc nguồn hoạt động bình thường.
Phản hồi dòng điện: Đo chính xác dòng điện pha qua shunt và chuyển đổi tín hiệu dòng điện thành tín hiệu tần số để hệ thống điều khiển điều khiển vòng kín.
Bảo vệ lỗi: Theo dõi liên tục trạng thái hoạt động của IGBT, nhanh chóng báo cáo các lỗi như giảm bão hòa, thiếu điện áp hoặc quá dòng để bảo vệ các thiết bị nguồn và tải.
2. Cấu hình hệ thống
Hệ thống 1000 A: Sử dụng 1 bảng DSFCG1A mỗi pha, tổng cộng 3 bảng cho ba pha. Mỗi bảng kết nối với bảng BPIB thông qua đầu nối PPL1.
Hệ thống 1800 A: Sử dụng 2 bảng DSFCG1A mỗi pha, được kết nối theo chuỗi nối tiếp. Bo mạch chủ kết nối với BPIB qua PPL1; bảng phụ kết nối với PPL1 của chủ thông qua đầu nối PPL2 của nó để truyền tín hiệu.
3. Các kịch bản ứng dụng điển hình
Ổ đĩa biến tần AC công nghiệp
Bộ biến tần nguồn điện
Trung tâm điều khiển động cơ
Kiểm soát kích thích cho hệ thống phát điện
Hệ thống kéo đường sắt
Hệ thống đẩy điện hàng hải
IV. Hướng dẫn lắp đặt và nối dây
1. Vị trí lắp đặt
Bo mạch DSFCG1A gắn trực tiếp vào các mô-đun IGBT. Trong quá trình lắp đặt, hãy đảm bảo các lỗ khoen trên bo mạch căn chỉnh chính xác với các chân/chốt cổng, bộ phát và bộ thu của mô-đun IGBT. Cố định bo mạch bằng phần cứng được cung cấp để đảm bảo kết nối điện đáng tin cậy.
2. Các bước cài đặt
Đảm bảo hệ thống truyền động được TẮT nguồn và dành đủ thời gian (vài phút) để tụ điện phóng điện.
Mở cửa tủ ổ đĩa và xác định vị trí bảng DSFC sẽ được lắp đặt hoặc thay thế.
Căn chỉnh bảng DSFC trên các đinh tán gắn IGBT, đảm bảo tất cả các lỗ khoen vừa khít.
Cố định bảng bằng cách sử dụng 10 đai ốc, vặn chúng đến 70 in-lbs.
Kết nối lại tất cả các cáp theo nhãn của chúng, đảm bảo các đầu nối được đặt đúng vị trí.
3. Mô tả hệ thống dây điện
Thiết bị đầu cuối Stab-on: Được sử dụng để kết nối các đường dây cảm biến điện áp pha đầu ra và liên kết DC.
E1: Đường dây cảm biến điện áp pha đầu ra (MVFB)
E17: Liên kết DC tích cực (DCLP)
E18: Liên kết âm DC (DCLN)
Lỗ gắn IGBT: Được sử dụng để kết nối với cổng IGBT, bộ phát và bộ thu.
UC: Liên kết Collector phía trên (liên kết DC dương)
UGA/UEA: Cổng/Bộ phát thiết bị trên A
UGB/UEB: Cổng/Bộ phát thiết bị B trên
LGA/LEA: Hạ cổng/bộ phát thiết bị
LGB/LEB: Cổng/Bộ phát thiết bị B dưới
LE: Liên kết bộ phát thấp hơn (liên kết DC âm)
Đầu nối phích cắm:
PPL1: Kết nối với bo mạch BPIB, mang tín hiệu truyền động, tín hiệu lỗi, tín hiệu VCO và nguồn điện.
PPL2: Kết nối với bảng DSFC tiếp theo theo chuỗi nối tiếp (chỉ được sử dụng trong hệ thống 1800 A).
SHPL: Kết nối với Shunt hiện tại, đầu vào cho tín hiệu điện áp Shunt.
THPL/THPL1/THPL2: Các kết nối dành cho Máy dò nhiệt điện trở (RTD) hoặc các kết nối xuyên suốt để nối chuỗi.
DPPL1/DPPL2: Nhận công suất sóng vuông cực đại 18,4 V AC từ BPIB hoặc hoạt động như nguồn truyền qua cho chuỗi nối tiếp.
V. Chẩn đoán và bảo trì
1. Chỉ báo trạng thái
Trạng thái hệ thống có thể được đánh giá nhanh chóng thông qua năm đèn LED trên bo mạch:
DS1 (Đỏ): Chỉ báo điện áp liên kết DC. Nên BẬT trong khi hoạt động bình thường khi điện áp bus vượt quá 50 V.
DS2/DS3 (Xanh lục): Chỉ báo trạng thái TẮT IGBT trên/dưới. BẬT khi IGBT được điều khiển TẮT, TẮT khi được điều khiển BẬT.
DS4/DS5 (Vàng): Chỉ báo trạng thái BẬT IGBT trên/dưới. BẬT khi IGBT được điều khiển BẬT, TẮT khi điều khiển TẮT.
Trong quá trình hoạt động củaPWM bình thường, DS2 và DS3 có thể BẬT liên tục hoặc luân phiên với DS4/DS5 tùy thuộc vào trạng thái, trong khi DS4 và DS5 sẽ nhấp nháy tương ứng với các xungPWM.
2. Chẩn đoán lỗi
DSFCG1A cung cấp khả năng phát hiện lỗi toàn diện, có thể đọc được qua bảng BPIB:
Lỗi giảm bão hòa: Thường biểu thị IGBT quá dòng hoặc ngắn mạch. Kiểm tra các mô-đun tải và IGBT.
Lỗi điện áp thấp: Cho biết điện áp nguồn cấp cho biến tần không đủ. Kiểm tra mạch cấp nguồn.
Lỗi DI/DT: Biểu thị tốc độ thay đổi dòng điện quá mức, có thể do tải quá độ hoặc điều khiển bất thường.
Lỗi IOC: Biểu thị quá dòng tức thời. Kiểm tra mạch phản hồi tải và dòng điện.
3. Phòng ngừa bảo trì
Tuân thủ các biện pháp phòng ngừa ESD (Xả tĩnh điện) khi xử lý bo mạch. Đeo dây nối đất và bảo quản các bảng trong túi chống tĩnh điện.
Không kết nối hoặc ngắt kết nối cáp trong khi cấp nguồn để tránh làm hỏng bo mạch hoặc gây nguy hiểm về an toàn.
Định kỳ kiểm tra các đầu nối xem có bị lỏng không và xác minh hoạt động bình thường của đèn LED.
Khi thay thế bo mạch, hãy đảm bảo bo mạch mới có số model chính xác (IS200DSFCG1A) và chú ý đến thông số kỹ thuật về hướng lắp và mô-men xoắn.
