Vārtu vadītāja ķēde trīsfāžu invertoram: 9 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šis projekts būtībā ir vadītāja ķēde iekārtai ar nosaukumu SemiTeach, ko nesen iegādājāmies mūsu nodaļai. Tiek parādīts ierīces attēls.

Savienojot šo draivera ķēdi ar 6 mosfetiem, tiek iegūti trīs 120 grādu maiņstrāvas spriegumi. SemiTeach ierīces diapazons ir 600 V. Ierīcei ir arī iebūvēti kļūdu izvades termināļi, kas nodrošina zemu stāvokli, kad tiek konstatēta kļūda jebkurā no trim fāzēm

Enerģijas nozarē invertorus parasti izmanto, lai daudzu paaudžu avotu līdzstrāvas spriegumu pārvērstu maiņstrāvas spriegumā efektīvai pārraidei un sadalei. Turklāt tos izmanto, lai iegūtu enerģiju no nepārtrauktās barošanas sērijas (UPS). Invertoriem ir nepieciešama vārtu draivera shēma, lai darbinātu jaudas elektronikas slēdžus, ko izmanto ķēdē pārveidošanai. Ir daudz veidu vārtu signālu, kurus var ieviest. Šajā ziņojumā aplūkota trīsfāžu invertora vārtu piedziņas shēmas konstrukcija un ieviešana, izmantojot 180 grādu vadītspēju. Šis ziņojums koncentrējas uz vārtu vadītāja shēmas dizainu, kurā ir uzrakstīta visa konstrukcijas informācija. Turklāt šis projekts ietver arī mikrokontrollera un ķēdes aizsardzību kļūdu apstākļos. Ķēdes izeja ir 6 PWM trīsfāzu invertora 3 kājām.

1. solis: Literatūras apskats

Daudzās enerģētikas nozarēs ir nepieciešams pārveidot līdzstrāvas spriegumu par maiņstrāvas spriegumu, piemēram, saules paneļu pieslēgšanu nacionālajam tīklam vai maiņstrāvas ierīcēm. Šī līdzstrāvas pārveidošana maiņstrāvā tiek panākta, izmantojot invertorus. Atkarībā no piegādes veida ir divu veidu invertori: vienfāzes invertors un trīsfāžu invertors. Vienfāzes invertors ņem līdzstrāvas spriegumu kā ieeju un pārveido to par vienfāzes maiņstrāvu, savukārt trīsfāzu pārveidotājs pārveido līdzstrāvas spriegumu trīsfāžu maiņstrāvā.

1.1. Attēls. Trīsfāžu invertors

Trīsfāžu invertorā ir 6 tranzistoru slēdži, kā parādīts iepriekš, kurus darbina PWM signāli, izmantojot vārtu draivera shēmas.

Lai iegūtu trīsfāžu līdzsvarotu izeju, invertora vārtu signālu fāzu starpībai jābūt 120 grādiem attiecībā pret otru. Lai palaistu šo ķēdi, var izmantot divu veidu vadības signālus

• 180 grādu vadītspēja

• 120 grādu vadītspēja

180 grādu vadīšanas režīms

Šajā režīmā katrs tranzistors tiek ieslēgts par 180 grādiem. Un jebkurā laikā trīs tranzistori paliek ieslēgti, pa vienam - katrā tranzistorā. Vienā ciklā ir seši darbības režīmi, un katrs režīms darbojas 60 cikla grādos. Vārtu signāli tiek pārvietoti viens no otra par 60 grādu fāzes starpību, lai iegūtu trīsfāžu līdzsvarotu barošanu.

1.2. Attēls: 180 grādu konduktīvs

120 grādu vadīšanas režīms

Šajā režīmā katrs tranzistors tiek ieslēgts par 120 grādiem. Un jebkurā laikā veic tikai divus tranzistorus. Jāatzīmē, ka jebkurā laikā katrā filiālē jābūt ieslēgtam tikai vienam tranzistoram. Lai iegūtu līdzsvarotu trīsfāžu maiņstrāvas izeju, starp PWM signāliem jābūt 60 grādu fāzes starpībai.

1.3. Attēls: 120 grādu vadītspēja

Mirušā laika kontrole

Viens ļoti svarīgs piesardzības pasākums, kas jāveic, ir tas, ka vienā kājā abiem tranzistoriem nevajadzētu ieslēgties vienlaicīgi, pretējā gadījumā līdzstrāvas avotam būs īssavienojums un ķēde ir bojāta. Tāpēc ir ļoti svarīgi pievienot ļoti īsu laika intervālu starp viena tranzistora izslēgšanu un otra tranzistora ieslēgšanu.

2. darbība. Bloķēt diagrammu

3. darbība: sastāvdaļas

Šajā sadaļā tiks parādīta un analizēta informācija par dizainu.

Komponentu saraksts

• Optocoupler 4n35

• IR2110 vadītāja IC

• Tranzistors 2N3904

• Diode (UF4007)

• Zener diodes

• Relejs 5V

• UN vārti 7408

• ATiny85

Optocoupler

Mikrokontrollera optiskai izolācijai no pārējās ķēdes ir izmantots 4n35 optronis. Izvēlētā pretestība ir balstīta uz formulu:

Pretestība = LedVoltage/CurrentRating

Pretestība = 1.35V/13.5mA

Pretestība = 100 omi

Izejas pretestība, kas darbojas kā nolaišanas pretestība, ir 10k omi pareizai sprieguma attīstībai visā tajā.

IR 2110

Tas ir vārtu braukšanas IC, ko parasti izmanto MOSFET vadīšanai. Tā ir 500 V augstas un zemas puses vadītāja IC ar tipisku 2,5 A avotu un 2,5 A izlietnes strāvu 14 svina iepakojuma IC.

Bootstrap kondensators

Vadītāja IC vissvarīgākā sastāvdaļa ir sāknēšanas kondensators. Bootstrap kondensatoram jāspēj nodrošināt šo lādiņu un saglabāt pilnu spriegumu, pretējā gadījumā Vbs spriegumam būs ievērojams pulsācija, kas var nokrist zem Vbsuv zem sprieguma bloķēšanas un izraisīt HO izejas darbības pārtraukšanu. Tāpēc Cbs kondensatora uzlādei jābūt vismaz divreiz lielākai par iepriekš minēto. Minimālo kondensatora vērtību var aprēķināt no zemāk redzamā vienādojuma.

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

Kur kā

Vf = sprieguma kritums uz priekšu sāknēšanas siksnas diodei

VLS = sprieguma kritums zemās puses FET (vai slodze augstās puses vadītājam)

VMin = minimālais spriegums starp VB un VS

Qg = augstās puses FET vārtu lādiņš

F = darbības biežums

Icbs (noplūde) = Bootstrap kondensatora noplūdes strāva

Qls = līmeņa maiņas maksa, kas nepieciešama katrā ciklā

Mēs esam izvēlējušies vērtību 47uF.

Tranzistors 2N3904

2N3904 ir parasts NPN bipolāru savienojumu tranzistors, ko izmanto vispārējas nozīmes mazjaudas pastiprināšanas vai pārslēgšanas lietojumiem. Tas var apstrādāt 200 mA strāvu (absolūtais maksimums) un frekvences līdz 100 MHz, ja to izmanto kā pastiprinātāju.

Diode (UF4007)

Lai nodrošinātu ievērojami zemāku diodes kapacitāti (Ct), tiek izmantots augstas pretestības I tipa pusvadītājs. Tā rezultātā PIN diodes darbojas kā mainīgs rezistors ar priekšējo slīpumu un darbojas kā kondensators ar reversu. Augstas frekvences raksturlielumi (zema kapacitāte nodrošina minimālu signālu līniju ietekmi) padara tos piemērotus izmantošanai kā mainīga pretestības elementi visdažādākajos pielietojumos, ieskaitot vājinātājus, augstfrekvences signālu pārslēgšanu (t.i., mobilos tālruņus, kuriem nepieciešama antena) un AGC shēmas.

Zenera diode

Zenera diode ir īpašs diodes veids, kas atšķirībā no parastā ļauj strāvai plūst ne tikai no tā anoda līdz katodam, bet arī pretējā virzienā, kad tiek sasniegts Zenera spriegums. To izmanto kā sprieguma regulatoru. Zener diodēm ir ļoti leģēts p-n savienojums. Parastās diodes sabojāsies arī ar pretēju spriegumu, bet ceļa spriegums un asums nav tik labi definēts kā Zenera diodei. Arī parastās diodes nav paredzētas darbam sadalīšanās reģionā, bet Zener diodes var droši darboties šajā reģionā.

Relejs

Releji ir slēdži, kas elektromehāniski vai elektroniski atver un aizver ķēdes. Releji kontrolē vienu elektrisko ķēdi, atverot un aizverot kontaktus citā ķēdē. Ja releja kontakts parasti ir atvērts (NĒ), ir atvērts kontakts, kad relejam nav sprieguma. Ja releja kontakts ir normāli aizvērts (NC), tad, kad relejs nav aktivizēts, ir slēgts kontakts. Jebkurā gadījumā elektriskās strāvas pielietošana kontaktiem mainīs to stāvokli

UN VĀRTI 7408

Loģika UN vārti ir digitālo loģisko vārtu veids, kura izeja sasniedz HIGH līdz loģikas 1. līmenim, kad visas tās ievades ir HIGH

ATiny85

Tas ir mazjaudas mikroshēmu 8 bitu AVR RISC bāzes mikrokontrolleris, kas apvieno 8 KB ISP zibatmiņas atmiņu, 512B EEPROM, 512 baitu SRAM, 6 vispārējas nozīmes I/O līnijas, 32 vispārējas nozīmes darba reģistrus, vienu 8 bitu taimeri/skaitītāju ar salīdzināšanas režīmiem, viens 8 bitu ātrgaitas taimeris/skaitītājs, USI, iekšējie un ārējie pārtraukumi, 4 kanālu 10 bitu A/D pārveidotājs.

4. darbība. Darbs un shēma

Šajā sadaļā tiks detalizēti izskaidrots ķēdes darbs.

PWM paaudze

PWM ir ģenerēts no STM mikrokontrollera. TIM3, TIM4 un TIM5 ir izmantoti, lai radītu trīs PWM ar 50 procentu darba ciklu. Fāzes nobīde par 60 grādiem tika iekļauta starp trim PWM, izmantojot laika aizkavi. 50 Hz PWM signālam aizkaves aprēķināšanai tika izmantota šāda metode

aizkave = Laika periods ∗ 60/360

kavēšanās = 20 ms ∗ 60/360

kavēšanās = 3.3ms

Mikrokontrollera izolācija, izmantojot optoelementu

Izolācija starp mikrokontrolleru un pārējo ķēdi tika veikta, izmantojot optronu 4n35. Izolācijas spriegums 4n35 ir aptuveni 5000 V. To izmanto, lai aizsargātu mikrokontrolleru no reversās strāvas. Tā kā mikrokontrolleris nevar izturēt negatīvu spriegumu, tāpēc mikrokontrollera aizsardzībai tiek izmantots optiskais savienotājs.

Gate Driving CircuitIR2110 vadītāja IC ir izmantota, lai nodrošinātu PWM pārslēgšanu uz MOSFET. IC ievadē ir nodrošināti mikrokontrollera PWM. Tā kā IR2110 nav iebūvētu NOT Gate, tad BJT tiek izmantots kā invertors uz tapu Lin. Pēc tam tas dod papildu PWM MOSFET, kurus paredzēts vadīt

Kļūdu noteikšana

SemiTeach modulim ir 3 kļūdu tapas, kas parasti ir HIGH pie 15 V. Ikreiz, kad ķēdē ir kāda kļūda, viena no tapām nonāk LOW līmenī. Lai aizsargātu ķēdes komponentus, kļūdu gadījumā ķēde ir jāizslēdz. Tas tika paveikts, izmantojot AND Gate, ATiny85 mikrokontrolleru un 5 V releju. UN vārtu izmantošana

UN vārtu ievade ir 3 kļūdu tapas, kas normālā stāvoklī atrodas HIGH stāvoklī, tāpēc AND Gate izeja ir HIGH normālos apstākļos. Tiklīdz rodas kļūda, vienas tapas pāriet uz 0 V un līdz ar to AND Gate izeja samazinās. To var izmantot, lai pārbaudītu, vai ķēdē ir kļūda. Vcc uz AND vārtiem tiek nodrošināts caur Zener diodi.

Vcc griešana caur ATiny85

UN vārtu izvade tiek padota ATiny85 mikrokontrolleram, kas rada pārtraukumu, tiklīdz rodas kāda kļūda. Tas vēl vairāk vada releju, kas samazina visu komponentu Vcc, izņemot ATiny85.

5. darbība: simulācija

Simulācijai mēs esam izmantojuši PWM no funkciju ģeneratora Proteus, nevis STMf401 modelī, jo tas nav pieejams vietnē Proteus. Mēs esam izmantojuši Opto-Coupler 4n35 izolācijai starp mikrokontrolleri un pārējo ķēdi. IR2103 simulācijās tiek izmantots kā strāvas pastiprinātājs, kas dod mums papildu PWM.

Shematiskā diagramma ir sniegta šādi:

Augstas puses izeja Šī izeja ir starp HO un Vs. Turpmākajā attēlā parādīta trīs augstās puses PWM izeja.

Zemas puses izeja Šī izeja ir starp LO un COM. Turpmākajā attēlā parādīta trīs augstās puses PWM izeja.

6. darbība: shematisks un PCB izkārtojums

Ir parādīts shematiskais un PCB izkārtojums, kas izveidots uz Proteus

7. darbība. Aparatūras rezultāti

Papildu PWM

Nākamajā attēlā parādīta viena no IR2110 izeja, kas ir papildinoša

A un B fāzes PWM

A un B fāze ir nobīdīta par 60 grādiem. Tas ir parādīts attēlā

A un C fāzes PWM

A un C fāze ir nobīdīta -60 grādu fāzē. Tas ir parādīts attēlā

8. darbība: kodēšana

Kods tika izstrādāts programmā Atollic TrueStudio. Lai instalētu Atollic, varat apskatīt manas iepriekšējās apmācības vai lejupielādēt tiešsaistē.

Pilns projekts ir pievienots.

9. solis: Paldies

Ievērojot savas tradīcijas, vēlos pateikties saviem grupas biedriem, kuri man palīdzēja pabeigt šo satriecošo projektu.

Ceru, ka šī pamācība jums palīdzēs.

Tā es parakstos:)

Ar laba vēlējumiem

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistāna