Värava juhtimisahel kolmefaasilise inverteri jaoks: 9 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

See projekt on põhimõtteliselt draiveriring seadmele nimega SemiTeach, mille me hiljuti oma osakonnale ostsime. Kuvatakse seadme pilt.

Selle juhtahela ühendamine 6 mosfetiga tekitab kolm 120 kraadi nihutatud vahelduvpinget. Vahemik on SemiTeach -seadme jaoks 600 V. Seadmel on ka sisseehitatud veaväljundi terminalid, mis annavad mistahes kolmest faasist tõrke korral madala oleku

Invertereid kasutatakse elektritööstuses tavaliselt paljude põlvkondade allikate alalisvoolupinge muundamiseks vahelduvpingeks tõhusaks edastamiseks ja jaotamiseks. Lisaks kasutatakse neid ka katkematu toitesarja (UPS) energia ammutamiseks. Inverterid vajavad muundamiseks kasutatavas vooluahela elektroonika lülitite juhtimiseks Gate Driver Circuit. Väravasignaale saab rakendada mitut tüüpi. Järgmine aruanne käsitleb 180 -kraadist juhtivust kasutava kolmefaasilise muunduri värava juhtimisahela projekteerimist ja rakendamist. See aruanne keskendub värava juhtahela kujundusele, kuhu on kirjutatud kogu disaini üksikasjad. Lisaks sisaldab see projekt ka mikrokontrolleri ja vooluahela kaitset veatingimuste ajal. Ahela väljund on 6 PWM kolmefaasilise inverteri kolme jala jaoks.

1. samm: kirjanduse ülevaade

Paljud energiatööstuse rakendused nõuavad alalispinge muutmist vahelduvpingeks, näiteks päikesepaneelide ühendamist riikliku võrguga või vahelduvvoolu seadmetega. See alalisvoolu muundamine vahelduvvooluks saavutatakse inverterite abil. Toite tüübi põhjal on kahte tüüpi invertereid: ühefaasiline ja kolmefaasiline. Ühefaasiline muundur võtab alalispinge sisendina ja muudab selle ühefaasiliseks vahelduvpingeks, samas kui kolmefaasiline muundur muundab alalispinge kolmefaasiliseks vahelduvpingeks.

Joonis 1.1: kolmefaasiline inverter

Kolmefaasiline muundur kasutab 6 transistorlülitit, nagu ülal näidatud, mida juhivad PWM -signaalid, kasutades värava draiveriahelaid.

Kolmefaasilise tasakaalustatud väljundi saamiseks peavad muunduri Gating-signaalide faasierinevus üksteise suhtes olema 120 kraadi. Selle vooluahela käivitamiseks saab kasutada kahte tüüpi signaale

• 180 kraadi juhtivus

• 120 kraadi juhtivus

180 kraadi juhtivusrežiim

Selles režiimis lülitatakse iga transistor sisse 180 kraadi. Ja igal ajal jääb sisselülitatuks kolm transistorit, üks transistor igas harus. Ühes tsüklis on kuus töörežiimi ja iga režiim töötab 60 tsükli kraadi. Kolmefaasilise tasakaalustatud toite saamiseks nihutatakse üksteisest 60 -kraadise faasierinevusega väravasignaale.

Joonis 1.2: 180 kraadi juhtivus

120 kraadi juhtivusrežiim

Selles režiimis lülitatakse iga transistor sisse 120 kraadi. Ja igal ajal juhivad ainult kaks transistorit. Tuleb märkida, et igal ajal peaks igas harus olema sisse lülitatud ainult üks transistor. PWM -signaalide vahel peaks olema faasierinevus 60 kraadi, et saada tasakaalustatud kolmefaasiline vahelduvvoolu väljund.

Joonis 1.3: juhtivus 120 kraadi

Surnud aja kontroll

Üks väga oluline ettevaatusabinõu, mida tuleb võtta, on see, et ühes jalas ei tohiks mõlemad transistorid samal ajal sisse lülituda, vastasel juhul tekib alalisvooluallikas lühis ja vooluahel on kahjustatud. Seetõttu on väga oluline lisada väga lühike ajavahemik ühe transistori väljalülitamise ja teise transistori sisselülitamise vahele.

Samm: plokkskeem

3. samm: komponendid

Selles jaotises tutvustatakse disaini üksikasju ja neid analüüsitakse.

Komponentide loend

• Optoelement 4n35

• IR2110 draiveri IC

• Transistor 2N3904

• Diood (UF4007)

• Zeneri dioodid

• Relee 5V

• JA värav 7408

• ATiny85

Optron

Mikrokontrolleri optiliseks isoleerimiseks ülejäänud vooluahelast on kasutatud optronit 4n35. Valitud takistus põhineb valemil:

Takistus = LedVoltage/CurrentRating

Vastupidavus = 1,35V/13,5mA

Vastupidavus = 100 oomi

Väljundtakistus, mis toimib tõmbetakistusena, on 10k oomi, et tagada selle pinge nõuetekohane areng.

IR 2110

See on värava juhtimise IC, mida tavaliselt kasutatakse MOSFET -ide juhtimiseks. See on 500 V kõrge ja madala külgjuhi IC, millel on tüüpiline 2,5 A allikas ja 2,5 A valamu vool 14 juhtmepakendi IC -s.

Bootstrap kondensaator

Draiveri IC kõige olulisem komponent on alglaaduri kondensaator. Alglaaduri kondensaator peab suutma seda laengut toita ja oma täielikku pinget säilitama, vastasel juhul tekib Vbs pingel märkimisväärne pulsatsioon, mis võib langeda alla Vbsuv alapinge lukustuse ja põhjustada HO väljundi toimimise. Seetõttu peab Cbs kondensaatori laeng olema vähemalt kaks korda ülaltoodud väärtusest. Minimaalse kondensaatori väärtuse saab arvutada alloleva võrrandi alusel.

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

Kus nagu

Vf = pinge langus üle alglaadimisdioodi

VLS = pingelangus madalal küljel FET (või koormus kõrge küljega juhi jaoks)

VMin = minimaalne pinge VB ja VS vahel

Qg = kõrge külje FET värava laeng

F = töösagedus

Icbs (leke) = alglaaduri kondensaatori lekkevool

Qls = taseme nihutamise tasu tsükli kohta

Oleme valinud väärtuse 47uF.

Transistor 2N3904

2N3904 on tavaline NPN bipolaarne ristmikutransistor, mida kasutatakse üldotstarbeliste väikese võimsusega võimendus- või lülitusrakenduste jaoks. Võimendina saab see taluda 200 mA voolu (absoluutne maksimum) ja sagedusi kuni 100 MHz.

Diood (UF4007)

Märkimisväärselt madalama dioodimahtuvuse (Ct) saavutamiseks kasutatakse suure takistusega I-tüüpi pooljuhti. Selle tulemusena toimivad PIN -dioodid muutuva takistina, millel on ettepoole suunatud nihke, ja käituvad vastupidise nihkega kondensaatorina. Kõrgsageduslikud omadused (madal mahtuvus tagab signaaliliinide minimaalse mõju) muudavad need sobivaks muutuva takistusega elementideks mitmesugustes rakendustes, sealhulgas summutid, kõrgsageduslikud signaalide lülitused (st antenni vajavad mobiiltelefonid) ja AGC ahelad.

Zeneri diood

Zeneri diood on teatud tüüpi diood, mis erinevalt tavalisest võimaldab voolu mitte ainult anoodilt katoodile, vaid ka Zeneri pinge saavutamisel vastupidises suunas. Seda kasutatakse pingeregulaatorina. Zeneri dioodidel on väga legeeritud p-n ristmik. Tavalised dioodid lagunevad ka vastupidise pinge korral, kuid põlve pinge ja teravus pole nii hästi määratletud kui Zeneri dioodi puhul. Ka tavalised dioodid ei ole ette nähtud töötamiseks jaotuspiirkonnas, kuid Zeneri dioodid võivad selles piirkonnas usaldusväärselt töötada.

Relee

Releed on lülitid, mis avavad ja sulgevad ahelaid elektromehaaniliselt või elektrooniliselt. Releed juhivad ühte elektriahelat, avades ja sulgedes kontakte teises ahelas. Kui releekontakt on tavaliselt avatud (NO), siis on relee avatud, kui relee pole pingestatud. Kui releekontakt on tavaliselt suletud (NC), siis on relee suletud, kui relee pole pingestatud. Mõlemal juhul muudab kontaktidele elektrivoolu rakendamine nende olekut

JA VÄRAV 7408

Loogika ja värav on digitaalse loogika värava tüüp, mille väljund läheb KÕRGELT loogika tasemele 1, kui kõik selle sisendid on KÕRGED

ATiny85

See on väikese võimsusega 8-bitine AVR RISC-põhine mikrokiibiga mikrokontroller, mis ühendab 8KB ISP välkmälu, 512B EEPROM, 512-baitine SRAM, 6 üldotstarbelist I/O liini, 32 üldotstarbelist registrit, üks 8-bitine taimer/loendur võrdlusrežiimidega, üks 8-bitine kiire taimer/loendur, USI, sisemised ja välised katkestused, 4-kanaliline 10-bitine A/D muundur.

4. samm: töö ja vooluahela selgitamine

Selles jaotises selgitatakse ahela tööd üksikasjalikult.

PWM põlvkond

PWM on loodud STM -i mikrokontrollerist. TIM3, TIM4 ja TIM5 on kasutatud kolme 50 -protsendilise töötsükliga PWM -i loomiseks. 60 -kraadine faasinihe lisati kolme PWM -i vahele, kasutades viivitust. 50 Hz PWM signaali puhul kasutati viivituse arvutamiseks järgmist meetodit

viivitus = ajaperiood ∗ 60/360

viivitus = 20 ms ∗ 60/360

viivitus = 3,3 ms

Mikrokontrolleri isoleerimine, kasutades optronit

Mikrokontrolleri ja ülejäänud vooluahela vaheline isoleerimine on tehtud optroni 4n35 abil. Eralduspinge 4n35 on umbes 5000 V. Seda kasutatakse mikrokontrolleri kaitsmiseks tagasivoolude eest. Kuna mikrokontroller ei talu negatiivset pinget, kasutatakse mikrokontrolleri kaitseks optronit.

Värava juhtimisahela IR2110 draiveri IC -d on kasutatud PWM -ide lülitamiseks MOSFET -idele. Mikrokontrolleri PWM -id on varustatud IC sisendiga. Kuna IR2110 -l pole sisseehitatud NOT -väravat, kasutatakse BJT -d tihvti Lin inverterina. Seejärel annab see juhitavatele MOSFETidele täiendavad PWM -id

Vigade tuvastamine

SemiTeach moodulil on 3 veatihvti, mis on tavaliselt KÕRGED 15 V juures. Kui vooluahelas esineb tõrkeid, läheb üks tihvtidest tasemele LOW. Vooluahela komponentide kaitseks tuleb vooluahel vea tingimustes välja lülitada. See saavutati AND Gate, ATiny85 mikrokontrolleri ja 5 V relee abil. JA värava kasutamine

AND Gate'i sisendiks on 3 veatihvti, mis on normaalses seisundis HIGH olekus, nii et AND Gate väljund on normaaltingimustes HIGH. Niipea kui tekib tõrge, lähevad tihvtid 0 V -ni ja seega läheb AND Gate väljund LOW. Selle abil saab kontrollida, kas vooluringis on viga või mitte. Vcc AND -väravasse antakse Zeneri dioodi kaudu.

Vcc lõikamine läbi ATiny85

AND -värava väljund suunatakse ATiny85 mikrokontrollerile, mis tekitab katkestuse niipea, kui ilmneb tõrge. See juhib veelgi releed, mis lõikab kõigi komponentide Vcc välja, välja arvatud ATiny85.

5. samm: simulatsioon

Simulatsiooni jaoks oleme kasutanud Proteuse funktsioonigeneraatori PWM -e, mitte STMf401 mudelit, kuna see pole Proteusel saadaval. Oleme mikrokontrolleri ja ülejäänud vooluahela vaheliseks eraldamiseks kasutanud Opto-Coupler 4n35. IR2103 kasutatakse simulatsioonides vooluvõimendina, mis annab meile täiendavaid PWM -e.

Skemaatiline diagramm on esitatud järgmiselt:

Kõrge külgväljund See väljund on HO ja Vs vahel. Järgnev joonis näitab kolme kõrge küljega PWM -i väljundit.

Madal külgväljund See väljund on LO ja COM vahel. Järgnev joonis näitab kolme kõrge küljega PWM -i väljundit.

6. samm: skemaatiline ja trükkplaadi paigutus

Kuvatud on Proteusel loodud skemaatiline ja trükkplaatide paigutus

7. samm: riistvara tulemused

Täiendavad PWM -id

Järgmine joonis näitab ühe IR2110 väljundit, mis täiendab üksteist

A ja B faasi PWM

Faas A ja B on faasinihkunud 60 kraadi. See on näidatud joonisel

A ja C faasi PWM

Faas A ja C on -60 kraadi faasinihkega. See on näidatud joonisel

8. samm: kodeerimine

Kood töötati välja Atollic TrueStudios. Atollici installimiseks saate vaadata minu eelmisi õpetusi või Internetist alla laadida.

Kogu projekt on lisatud.

9. samm: aitäh

Oma traditsiooni järgides tahaksin tänada oma rühma liikmeid, kes aitasid mul selle vinge projekti lõpule viia.

Loodetavasti aitab see õpetus teid.

See on minu allkirjastamine:)

Parimate soovidega

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistan