Үш фазалы түрлендіргішке арналған қақпа драйверінің тізбегі: 9 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Бұл жоба негізінен жақында біздің бөлімге сатып алған SemiTeach деп аталатын жабдыққа арналған жүргізуші схемасы. Құрылғының суреті көрсетіледі.

Бұл драйвер тізбегін 6 мосфетке қосу 120 градусқа үш ауыспалы AC кернеуін тудырады. SemiTeach құрылғысы үшін диапазон 600 В құрайды. Сондай -ақ, құрылғыда үш фазаның кез келгенінде қате табылғанда төмен күй беретін қате шығару терминалдары бар

Инверторлар әдетте энергия өндірісінде көптеген генерацияланатын көздердің тұрақты кернеуін айнымалы ток кернеуіне тиімді беру мен тарату үшін түрлендіру үшін қолданылады. Сонымен қатар, олар үздіксіз қуат сериясынан (UPS) энергия алу үшін де қолданылады. Инверторлар конверсияға арналған тізбекте қолданылатын Power Electronics қосқыштарын басқару үшін қақпа драйверінің тізбегін қажет етеді. Іске қосуға болатын қақпа сигналдарының көптеген түрлері бар. Келесі баяндамада 180 градус өткізгіштігі бар үш фазалы инвертор үшін қақпа драйвері схемасының дизайны мен енгізілуі талқыланады. Бұл есеп қақпаның жүргізуші схемасының дизайнына бағытталған, онда дизайнның толық мәліметтері жазылған. Сонымен қатар, бұл жоба қате жағдайында микроконтроллер мен схеманы қорғауды қамтиды. Схеманың шығысы үш фазалы түрлендіргіштің 3 аяғы үшін 6 PWM құрайды.

1 -қадам: Әдеби шолу

Энергетика саласындағы көптеген қосымшалар тұрақты ток кернеуін айнымалы кернеуге айналдыруды талап етеді, мысалы, күн панельдерін ұлттық желіге қосу немесе айнымалы ток құрылғыларына қосу. Тұрақты токты айнымалы токқа түрлендіру инвертор көмегімен жүзеге асады. Жеткізу түріне байланысты инверторлардың екі түрі бар: бір фазалы түрлендіргіш және үш фазалы инвертор. Бір фазалы түрлендіргіш тұрақты кернеуді кіріс ретінде қабылдайды және оны бір фазалы айнымалы кернеуге түрлендіреді, ал үш фазалы түрлендіргіш тұрақты кернеуді үш фазалы айнымалы кернеуге түрлендіреді.

1.1 -сурет: Үш фазалы инвертор

Үш фазалы инверторда жоғарыда көрсетілгендей 6 транзисторлық қосқыш жұмыс істейді, олар PWM сигналдарымен қақпаның драйверлерінің тізбектерін қолданады.

Үш фазалы теңдестірілген шығуды алу үшін инвертордың кіру сигналдары бір-біріне қатысты 120 градус фазалық айырмашылыққа ие болуы керек. Бұл тізбекті басқару үшін басқару сигналдарының екі түрін қолдануға болады

• өткізгіштік 180 градус

• 120 градус өткізгіштік

180 градус өткізгіштік режимі

Бұл режимде әрбір транзистор 180 градусқа қосылады. Кез келген уақытта үш транзистор қосулы қалады, әр тармақта бір транзистор. Бір циклде алты жұмыс режимі бар және әр режим циклдің 60 градусында жұмыс істейді. Үш фазалық теңдестірілген жеткізілімге жету үшін сигналдық сигналдар бір -бірінен 60 градус фазалық айырмашылықпен жылжиды.

1.2 -сурет: 180 дәрежелі дирижер

120 градус өткізгіштік режимі

Бұл режимде әрбір транзистор 120 градусқа қосылады. Кез келген уақытта тек екі транзистор өткізеді. Айта кету керек, кез келген уақытта, әр тармақта тек бір транзистор қосылуы керек. Үш фазалы айнымалы токтың теңдестірілген шығуын алу үшін PWM сигналдары арасында 60 градус фазалық айырмашылық болуы керек.

1.3 -сурет: 120 градус өткізгіштік

Өлі уақытты басқару

Бір маңызды сақтық шарасы - бір аяғында екі транзистор бір уақытта қосылмауы керек, әйтпесе тұрақты ток көзі қысқа тұйықталуға және тізбекке зақым келеді. Сондықтан бір транзистордың ff бұрылуы мен екінші транзистордың қосылуы арасында өте қысқа уақыт аралығын қосу өте маңызды.

2 -қадам: блок -диаграмма

3 -қадам: компоненттер

Бұл бөлімде дизайн туралы егжей -тегжейлі айтылады және талданатын болады.

Компоненттер тізімі

• Optocoupler 4n35

• IR2110 драйвері IC

• 2N3904 транзисторы

• Диод (UF4007)

• Зенер диодтары

• 5В релесі

• 7408

• ATiny85

Оптикалық қосқыш

Микроконтроллерді тізбектің қалған бөлігінен оптикалық оқшаулау үшін 4n35 оптикалық қосқыш қолданылды. Таңдалған қарсылық мына формулаға негізделген:

Қарсылық = LedVoltage/CurrentRating

Қарсылық = 1,35В/13,5мА

Қарсылық = 100 Ом

Шығу кедергісі кернеудің дұрыс дамуы үшін 10к Ом құрайды.

IR 2110

Бұл әдетте MOSFET -ті жүргізу үшін пайдаланылатын IC басқаратын қақпа. Бұл 500 В жоғары және төмен бүйірлік драйвер IC, әдеттегі 2,5 қоректендіру көзі мен 14 қорғасын орау IC -де 2,5 A раковиналық ток.

Bootstrap конденсаторы

IC драйверінің ең маңызды компоненті жүктелетін конденсатор болып табылады. Жүктеу конденсаторы бұл зарядты қамтамасыз етуі және оның толық кернеуін сақтауы керек, әйтпесе Vbs кернеуінде толқынның маңызды мөлшері болады, ол Vbsuv төмен кернеудің құлыптауынан төмен түсіп, HO шығысының жұмысын тоқтатуы мүмкін. Сондықтан Cbs конденсаторындағы заряд жоғарыда көрсетілген мәннен кемінде екі есе көп болуы керек. Конденсатордың минималды мәнін төмендегі теңдеуден есептеуге болады.

C = 2 [(2Qg + Iqbs/f + Qls + Icbs (ағуы)/f)/(Vcc -Vf -Vls -Vmin)]

Қайда

Vf = Жүктеу диодында кернеудің алға қарай төмендеуі

VLS = FET -тің төменгі жағындағы кернеудің төмендеуі (немесе жоғары драйверге жүктеме)

VMin = VB мен VS арасындағы минималды кернеу

Qg = FET жоғары жағындағы қақпа заряды

F = Жұмыс жиілігі

Icbs (ағып кету) = Bootstrap конденсатордың ағып кету тогы

Qls = цикл үшін деңгей ауысымының заряды

Біз 47uF мәнін таңдадық.

2N3904 транзисторы

2N3904-жалпы мақсаттағы аз қуатты күшейту немесе ауыстыру үшін қолданылатын жалпы NPN биполярлық транзистор. Ол 200 мА токты (абсолюттік максимум) және 100 МГц -ке дейінгі жиілікті амплификатор ретінде қолданған кезде қолдана алады.

Диод (UF4007)

Жоғары қарсылықты I типті жартылай өткізгіш диодтың айтарлықтай төмен сыйымдылығын (Ct) қамтамасыз ету үшін қолданылады. Нәтижесінде, PIN диодтары алға бағытталған ауытқу резисторы ретінде әрекет етеді және кері бағытта конденсатор ретінде әрекет етеді. Жоғары жиіліктік сипаттамалар (төмен сыйымдылық сигнал желілерінің минималды әсерін қамтамасыз етеді) оларды әр түрлі қосымшаларда айнымалы резисторлық элементтер ретінде қолдануға жарамды етеді, соның ішінде сөндіргіштерді, сигналды жоғары жиілікті ауыстыруды (яғни антеннаны қажет ететін ұялы телефондарды) және AGC схемаларын.

Зенер диод

Зенер диоды - бұл диодтың ерекше түрі, ол әдеттегіден айырмашылығы токтың анодтан катодына ғана емес, сонымен қатар Зенер кернеуіне жеткенде кері бағытта да ағуына мүмкіндік береді. Ол кернеу реттегіші ретінде қолданылады. Зенерлік диодтарда жоғары легирленген p-n-қосылысы бар. Қалыпты диодтар кері кернеумен де бұзылады, бірақ тізедегі кернеу мен өткірлік Зенер диодындағыдай анықталмаған. Сондай -ақ, қалыпты диодтар бұзылу аймағында жұмыс істеуге арналмаған, бірақ Зенер диодтары осы аймақта сенімді жұмыс жасай алады.

Эстафета

Реле - тізбектерді электромеханикалық немесе электронды түрде ашатын және жабатын қосқыштар. Реле басқа тізбектегі контактілерді ашу және жабу арқылы бір электр тізбегін басқарады. Релелік контакт қалыпты жағдайда (NO) ашық болғанда, реле қуатталмаған кезде ашық байланыс болады. Релелік контакт Қалыпты түрде жабық болғанда (NC), реле қуатталмаған кезде тұйық байланыс болады. Кез келген жағдайда контактілерге электр тогын қолдану олардың күйін өзгертеді

7408

Логика мен қақпа - бұл сандық логикалық қақпаның түрі, оның шығысы жоғары логикалық деңгейге дейін, егер оның барлық кірістері жоғары болса.

ATiny85

Бұл 8KB ISP күлді жады, 512B EEPROM, 512 байтты SRAM, 6 жалпы мақсаттағы енгізу-шығару желісі, 32 жалпы мақсаттағы жұмыс регистрі, бір 8-разрядты таймер/есептегішті біріктіретін төмен қуатты Microchip 8-биттік AVR RISC негізіндегі микроконтроллер. салыстыру режимдерімен 8 биттік жоғары таймер/есептегіш, USI, ішкі және сыртқы үзілістер, 4 каналды 10 биттік кондиционер.

4 -қадам: Жұмыс және схема түсіндіріледі

Бұл бөлімде тізбектің жұмысы егжей -тегжейлі түсіндіріледі.

PWM генерациясы

PWM STM микроконтроллерінен жасалған. TIM3, TIM4 және TIM5 50 % жұмыс циклінің үш PWM генерациялау үшін қолданылған. 60 градусқа фазалық ығысу уақытты кідірту арқылы үш PWM арасында қосылды. 50 Гц PWM сигналы үшін кідірісті есептеу үшін келесі әдіс қолданылды

кешігу = Уақыт кезеңі ∗ 60/360

кешігу = 20 мс ∗ 60/360

кешігу = 3,3 мс

Optocoupler көмегімен микроконтроллерді оқшаулау

Микроконтроллер мен тізбектің қалған бөлігі арасындағы оқшаулау 4n35 оптикалық қосқыш көмегімен жүзеге асырылды. 4n35 оқшаулау кернеуі шамамен 5000 В құрайды. Ол микроконтроллерді кері токтардан қорғау үшін қолданылады. Микроконтроллер теріс кернеуді көтере алмайтындықтан, микроконтроллерді қорғау үшін оптикалық қосқыш қолданылады.

Gate Driving CircuitIR2110 драйвері IC PWM -ді MOSFET -ке ауыстыруды қамтамасыз ету үшін пайдаланылды. МК кірісінде микроконтроллерден PWM қамтамасыз етілген. IR2110 -да NOT Gate кіріктірілген болғандықтан, BJT пин пинге инвертор ретінде қолданылады. Содан кейін ол басқарылатын MOSFET -ке қосымша PWM береді

Қатені анықтау

SemiTeach модулінде 3 қателік түйреуіш бар, олар әдетте 15 В жоғары. Схемада қате болған кезде түйреуіштердің бірі LOW деңгейіне өтеді. Тізбек компоненттерін қорғау үшін қате жағдайында тізбекті ff кесу керек. Бұл AND Gate, ATiny85 микроконтроллері мен 5 В релесі арқылы орындалды. AND Gate қолдану

AND Gate кірісі 3 қателік түйреуіштер болып табылады, олар қалыпты жағдайда ЖОҒАРЫ күйде, сондықтан AND Gate шығысы қалыпты жағдайда жоғары. Қате пайда болған кезде, түйреуіштер 0 В -қа өтеді, демек AND қақпасының шығысы төмен болады. Бұл тізбекте қате бар -жоғын тексеру үшін пайдаланылуы мүмкін. AND қақпасына Vcc Zener диоды арқылы беріледі.

ATiny85 арқылы Vcc кесу

AND Gate шығысы ATiny85 микроконтроллеріне беріледі, ол қате болған кезде үзіліс жасайды. Бұл одан әрі ATiny85 -тен басқа барлық компоненттердің Vcc -ін қысқартатын Эстафетаны жүргізеді.

5 -қадам: модельдеу

Модельдеу үшін біз STMf401 моделінен гөрі Proteus функция генераторының PWM -лерін қолдандық, себебі ол Proteus -та жоқ. Біз микроконтроллер мен тізбектің қалған бөлігін оқшаулау үшін Opto-Coupler 4n35 қолдандық. IR2103 модельдеуде бізге қосымша PWM беретін ток күшейткіші ретінде қолданылады.

Схемалық диаграмма Схемалық диаграмма келесі түрде берілген:

Жоғары бүйірлік шығыс Бұл шығыс HO мен Vs арасында. Келесі нұсқада жоғары деңгейдегі үш PWM шығысы көрсетілген.

Төмен бүйірлік шығыс Бұл шығыс LO мен COM арасында. Келесі нұсқада жоғары деңгейдегі үш PWM шығысы көрсетілген.

6 -қадам: схемалық және ПХД орналасуы

Proteus -та жасалған схемалық және ПХД макеті көрсетілді

7 -қадам: Жабдықтың нәтижелері

Қосымша PWM

Келесі суретте IR2110 бірінің бірін шығаратын өнімі көрсетілген

А және В фазасының PWM

А және В фазалары 60 градусқа ауысады. Ол фигурада көрсетілген

А және С фазасының PWM

А және С фазалары -60 градусқа ауысады. Ол фигурада көрсетілген

8 -қадам: кодтау

Код Atollic TrueStudio -да жасалған. Atollic орнату үшін сіз менің алдыңғы оқулықтарымды көре аласыз немесе Интернеттен жүктей аласыз.

Толық жоба қосылды.

9 -қадам: Рахмет

Дәстүрімді сақтай отырып, мен осы керемет жобаны аяқтауға көмектескен топ мүшелеріне алғысымды білдіремін.

Бұл нұсқаулық сізге көмектеседі деп үміттенемін.

Бұл мен есептен шығамын:)

Ең жақсы тілектер

Тахир Ул Хак

EE, UET LHR Пәкістан