Үч фазалуу инвертор үчүн дарбаза айдоочусу: 9 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Бул долбоор негизинен жакында бөлүмүбүз үчүн сатып алган SemiTeach деп аталган жабдуунун айдоочусу. Аппараттын сүрөтү көрсөтүлөт.

Бул драйвер схемасын 6 мосфетке туташтыруу үч 120 градуска которулган AC чыңалуусун жаратат. SemiTeach түзмөгү үчүн диапазон 600 В. Түзмөктө ошондой эле үч фазанын биринде ката табылганда төмөн абалдагы ката чыгаруу терминалдары бар

Инверторлор көбүнчө Энергетика тармагында көп муундагы булактардын туруктуу чыңалуусун эффективдүү берүү жана бөлүштүрүү үчүн AC чыңалуусуна айландыруу үчүн колдонулат. Андан тышкары, алар үзгүлтүксүз кубаттуулук сериясынан (UPS) энергияны алуу үчүн дагы колдонулат. Инверторлор конверсиялоо үчүн схемада колдонулган Power Electronics өчүргүчтөрүн айдаш үчүн Gate Driver Circuit керек. Дарбаза сигналдарынын көптөгөн түрлөрү бар, аларды иштетүүгө болот. Төмөнкү отчетто 180 даражадагы өткөргүчтү колдонуп үч фазалуу инвертор үчүн дарбаза айдоочусунун схемасын иштеп чыгуу жана ишке ашыруу талкууланат. Бул отчет толугу менен дизайн деталдары жазылган Gate Driver Circuit дизайнына багытталган. Мындан тышкары, бул долбоор ката шарттарында микроконтроллерди жана схеманы коргоону да камтыйт. Райондун чыгышы үч фазалуу инвертордун 3 буту үчүн 6 PWM болуп саналат.

1 -кадам: Адабиятты карап чыгуу

Энергетика тармагындагы көптөгөн колдонмолор DC чыңалуусун AC чыңалуусуна айландырууну талап кылат, мисалы, Күн панелдерин Улуттук тармакка туташтыруу же AC түзмөктөрүн иштетүү. DCди ACга айландыруу инверторлордун жардамы менен ишке ашат. Берүүнүн түрүнө жараша инверторлордун эки түрү бар: бир фазалуу инвертор жана үч фазалуу инвертор. Бир фазалуу инвертор DC чыңалуусун киргизүү катары кабыл алат жана аны бир фазалуу AC чыңалуусуна айландырат, ал эми үч фазалуу инвертор DC Voltage үч фазалуу AC Voltage айлантат.

Figure 1.1: Үч фазалуу инвертор

Үч фазалуу инвертерде 6 транзистордук которгучтар иштейт, алар жогоруда көрсөтүлгөндөй, PWM сигналдары Gate Driver чынжырларын колдонушат.

Үч фазалуу тең салмактуу өндүрүштү алуу үчүн инвертордун сигналдык сигналдары бири-бирине карата 120 градустук фазалык айырмачылыкка ээ болушу керек. Бул схеманы иштетүү үчүн башкаруу сигналдарынын эки түрүн колдонсо болот

• 180 градус өткөрүмдүүлүк

• 120 градус өткөрүү

180 градус өткөрүү режими

Бул режимде ар бир транзистор 180 градуска күйгүзүлөт. Жана каалаган убакта, үч транзистор күйүп турат, ар бир филиалда бирден транзистор. Бир циклде иштөөнүн алты режими бар жана ар бир режим циклдин 60 градусунда иштейт. Үч фазалуу тең салмактуу камсыздоону алуу үчүн дарбаза сигналдары бири -биринен 60 градуска чейин өзгөрөт.

Figure 1.2: 180 градус өткөргүч

120 градус өткөрүү режими

Бул режимде ар бир транзистор 120 градуска күйгүзүлөт. Жана каалаган убакта эки гана транзистор өткөрөт. Белгилей кетсек, каалаган убакта, ар бир филиалда бир гана транзистор күйүп турушу керек. Тең салмактуу үч фазалуу AC өндүрүшүн алуу үчүн PWM сигналдарынын ортосунда 60 градус фазалык айырмачылык болушу керек.

Figure 1.3: 120 даражадагы өткөрүү

Dead Time Control

Колдонулушу керек болгон абдан маанилүү бир чара - бир бутунда эки транзистор бир убакта күйбөшү керек, антпесе DC булагы кыска туташууга жана схема бузулган. Ошондуктан, бир транзистордун оff бурулушу менен башка транзистордун күйгүзүлүшүнүн ортосуна өтө кыска убакыт аралыгын кошуу абдан маанилүү.

2 -кадам: Блок диаграммасы

3 -кадам: Компоненттер

Бул бөлүмдө дизайн боюнча деталдар көрсөтүлөт жана анализделет.

Компоненттердин тизмеси

• Optocoupler 4n35

• IR2110 драйвер IC

• Транзистор 2N3904

• Диод (UF4007)

• Zener диоддор

• 5В релеси

• ЖАНА дарбаза 7408

• ATiny85

Optocoupler

4n35 optocoupler схеманын калган бөлүгүнөн микроконтроллерди оптикалык изоляциялоо үчүн колдонулган. Тандалган каршылык формулага негизделет:

Каршылык = LedVoltage/CurrentRating

Каршылык = 1.35V/13.5mA

Каршылык = 100 Ом

Чыгуу каршылыгы ылдый каршылык катары иштейт, анын чыңалуусун туура өнүктүрүү үчүн 10к Ом.

IR 2110

Бул, адатта, MOSFETтерди айдоо үчүн колдонулган IC айдап жүрүүчү дарбаза. Бул 500 В жогорку жана төмөнкү капталдагы айдоочу IC, типтүү 2.5 булагы жана 2.5 коргошун ICдеги чөгүүчү агымдар.

Bootstrap Capacitor

Айдоочу ICнин эң маанилүү компоненти - жүктөөчү конденсатор. Жүктөөчү конденсатор бул зарядды камсыздай алышы керек жана толук чыңалуусун сактап калышы керек, антпесе Vbs чыңалуусунда анча чоң эмес толкун пайда болот, алар Vbsuv төмөн чыңалуусунун кулашынан төмөн түшүп, HO өндүрүшүнүн иштебей калышына алып келиши мүмкүн. Ошондуктан Cbs конденсаторундагы заряд жогорудагы баадан эки эсе аз болушу керек. Минималдуу конденсатордун мааниси төмөнкү теңдемеден эсептелинет.

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

Кайда

Vf = Жүктөөчү диод боюнча алдыга чыңалуу

VLS = FETтин төмөн жагындагы чыңалуу төмөндөшү (же жогорку жактагы айдоочу үчүн жүк)

VMin = VB менен VSтин ортосундагы минималдуу чыңалуу

Qg = FETтин жогорку капчыгынын заряды

F = иштөө жыштыгы

Icbs (агып кетүү) = Bootstrap конденсаторунун агуу агымы

Qls = деңгээл жылышынын заряды циклге талап кылынат

Биз 47uF маанисин тандап алдык.

Транзистор 2N3904

2N3904-жалпы кубаттуулугу аз кубаттуулукту күчөтүү же которуштуруу үчүн колдонулган жалпы NPN биполярдык транзистор. Ал 200 мА токту (абсолюттук максималдуу) жана 100 МГцке чейин жыштыктарды амплификатор катары колдоно алат.

Диод (UF4007)

Жогорку каршылыгына ээ I типтеги жарым өткөргүч диоддун сыйымдуулугун төмөндөтүү үчүн колдонулат (Ct). Натыйжада, PIN диоддору алдыга жылуучу өзгөрмөлүү резистордун ролун аткарат жана тескери жагы бар конденсатор катары иштешет. Жогорку жыштыктагы мүнөздөмөлөр (аз сыйымдуулук сигнал линияларынын минималдуу эффектин камсыз кылат) аларды ар кандай колдонмолордо, анын ичинде аттенюаторлордо, жогорку жыштыктагы сигналды алмаштырууда (б.а. антеннаны талап кылган уюлдук телефондордо) жана AGC схемаларында өзгөрүлмөлүү резистордук элементтер катары колдонууга ылайыктуу кылат.

Zener Diode

Зенер диод - бул диоддун белгилүү бир түрү, ал кадимкиден айырмаланып, токтун аноддон катодуна гана эмес, тескерисинче, Зенер чыңалуусуна жеткенде да агышына мүмкүнчүлүк берет. Бул чыңалуу жөнгө салуучу катары колдонулат. Zener диоддору өтө допингленген p-n-кошулуусуна ээ. Кадимки диоддор тескери чыңалуу менен бузулат, бирок тизенин чыңалуусу жана курчтугу Zener диодуна окшош эмес. Ошондой эле кадимки диоддор бузулган аймакта иштөө үчүн иштелип чыккан эмес, бирок Зенер диоддору бул аймакта ишенимдүү иштей алат.

Реле

Реле - электромеханикалык же электрондук схемаларды ачкан жана жапкан өчүргүчтөр. Релейлер башка электрдик контакттарды ачуу жана жабуу аркылуу бир электрдик схеманы башкарат. Качан реле контакт ачык (NO) болсо, реле кубатталбаган учурда ачык контакт болот. Качан реле байланышы Адатта Жабык (NC) болгондо, реле күйгүзүлбөгөндө жабык байланыш болот. Кандай болбосун, контактыларга электр тогун колдонуу алардын абалын өзгөртөт

7408

Логика жана дарбаза - бул санариптик логикалык дарбазанын бир түрү, анын чыгымдары логикалык 1 -деңгээлге чейин, анын бардык кириштери жогору болгондо.

ATiny85

Бул аз кубаттуу Microchip 8-биттик AVR RISC негизиндеги микроконтроллер, 8KB ISP күл эстутумун, 512B EEPROM, 512-байт SRAM, 6 жалпы максаттуу I/O линияларын, 32 жалпы иштөөчү регистрлерди, бир 8-бит таймерди/эсептегичти салыштыруу режимдери менен, бир 8-бит жогорку ылдамдыкта таймер/эсептегич, USI, ички жана тышкы үзгүлтүктөр, 4-канал 10-бит A/D алмаштыргыч.

4 -кадам: Иштөө жана схема түшүндүрүлөт

Бул бөлүмдө схеманын иштеши деталдуу түрдө түшүндүрүлөт.

PWM мууну

PWM STM микроконтроллеринен түзүлгөн. TIM3, TIM4 жана TIM5 50 пайыздык жумуш циклинин үч PWMсин түзүү үчүн колдонулган. Фазанын 60 градуска жылышы убакытты кечиктирүү менен үч PWMге киргизилген. 50 Гц PWM сигналы үчүн кечигүүнү эсептөө үчүн төмөнкү ыкма колдонулган

кечигүү = TimePeriod ∗ 60/360

кечигүү = 20ms ∗ 60/360

кечигүү = 3,3 мс

Optocouplerди колдонуу менен микроконтроллерди изоляциялоо

Микроконтроллер менен схеманын калган бөлүктөрүнүн ортосундагы изоляция optocoupler 4n35 аркылуу жасалган. 4n35 изоляциялоо чыңалуусу болжол менен 5000 В. Ал тескери агымдардан микроконтроллерди коргоо үчүн колдонулат. Микроконтроллер терс чыңалууга чыдай албагандыктан, микроконтроллерди коргоо үчүн оптокуплер колдонулат.

Gate Driving CircuitIR2110 драйверинин ICи PWMлерди MOSFETтерге которууну камсыз кылуу үчүн колдонулган. МКнын киришинде микроконтроллердин PWMлери камсыздалган. IR2110до NOT Gate орнотулган жок болгондуктан, BJT пин пинге инвертор катары колдонулат. Андан кийин ал айдала турган MOSFETтерге кошумча PWM берет

Error Detection

SemiTeach модулунда 3 ката төөнөгүч бар, алар адатта 15 В жогору. Райондо кандайдыр бир ката болгондо, казыктардын бири LOW деңгээлине өтөт. Райондун компоненттерин коргоо үчүн, ката шарттарында чынжыр о ff кесилиши керек. Бул AND Gate, ATiny85 Microcontroller жана 5 V Relay аркылуу ишке ашты. AND Gate колдонуу

AND Gate'ге кириш 3 ката төөнөгүч болуп саналат, алар кадимки абалда ЖОГОРУ абалында, андыктан AND Gate чыгышы кадимки шарттарда БИЙИК. Ката кетээри менен, бир казык 0 Вге чыгат, демек AND Gateтин чыгышы ТӨМӨН барат. Бул схемада ката бар же жок экендигин текшерүү үчүн колдонулушу мүмкүн. AND дарбазасына Vcc Zener диод аркылуу берилет.

ATiny85 аркылуу Vccти кесүү

AND Gate чыгышы ATiny85 микроконтроллерине берилет, ал кандайдыр бир ката болгондо үзгүлтүккө учуратат. Бул андан ары ATiny85тен башка бардык компоненттердин VC кесүүчү релесин айдайт.

5 -кадам: Симуляция

Симуляция үчүн биз STMf401 моделине караганда Proteus функция генераторунун PWMлерин колдондук, анткени ал Proteusто жок. Биз Opto-Coupler 4n35ти микро контроллер менен схеманын калган бөлүктөрүнүн ортосундагы изоляция үчүн колдондук. IR2103 симуляцияларда бизге кошумча PWMлерди берген учурдагы амплифер катары колдонулат.

Схемалык диаграмма төмөнкүчө берилген:

Жогорку SideputThis чыгаруу HO жана Vs. Кийинки сүрөттө үч тараптуу PWMлердин өндүрүшү көрсөтүлөт.

Төмөн Side OutputThis чыгаруу LO жана COM ортосунда. Кийинки сүрөттө үч тараптуу PWMлердин өндүрүшү көрсөтүлөт.

6 -кадам: Схемалык жана PCB макети

Proteus боюнча түзүлгөн схемалык жана PCB макети көрсөтүлдү

7 -кадам: Аппараттык жыйынтыктар

Кошумча PWMлер

Төмөнкү сүрөттө IR2110 бири -бирин толуктап турат

А жана В фазасынын PWM

А жана В фазасы 60 градуска жылат. Ал фигурада көрсөтүлгөн

А жана С фазасынын PWM

А жана С фазалары -60 градуска өзгөрөт. Ал фигурада көрсөтүлгөн

8 -кадам: Коддоо

Код Atollic TrueStudioдо иштелип чыккан. Atollicти орнотуу үчүн сиз менин мурунку окуу куралдарымды көрүп же онлайн жүктөп алсаңыз болот.

Толук долбоор кошулду.

9 -кадам: рахмат

Менин салтымды карманып, бул укмуштуудай долбоорду аягына чыгарууга жардам берген группа мүчөлөрүмө ыраазычылык билдирем.

Бул көрсөтмө сизге жардам берет деп үмүттөнөбүз.

Бул мен чыгам:)

Сизди урматтап

Тахир Ул Хак

EE, UET LHR Пакистан