კარიბჭის დრაივერის წრე სამფაზიანი ინვერტორისთვის: 9 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

ეს პროექტი ძირითადად არის Driver Circuit for Equipment სახელწოდებით SemiTeach, რომელიც ჩვენ ცოტა ხნის წინ შევიძინეთ ჩვენი განყოფილებისთვის. ნაჩვენებია მოწყობილობის სურათი.

ამ დრაივერის მიკროსქემის 6 მოსფეტთან დაკავშირება წარმოქმნის სამ 120 გრადუსზე გადატანილ ძაბვას. დიაპაზონი არის 600 V SemiTeach მოწყობილობისთვის. მოწყობილობას ასევე აქვს ჩაშენებული შეცდომის გამომავალი ტერმინალები, რომლებიც იძლევა დაბალ მდგომარეობას სამივე ფაზაზე აღმოჩენისას

ინვერტორები ჩვეულებრივ გამოიყენება ენერგეტიკის ინდუსტრიაში, მრავალი თაობის წყაროს DC ძაბვის AC ძაბვად გადაქცევის მიზნით, ეფექტური გადაცემისა და განაწილებისთვის. ბეწვის თერმულისთვის, ისინი ასევე გამოიყენება ენერგიის უწყვეტი ენერგიის სერიიდან (UPS) მოპოვებისთვის. ინვერტორებს სჭირდებათ Gate Driver Circuit, რომ მართონ დენის ელექტრონიკის კონცენტრატორები, რომლებიც გამოიყენება წრეში კონვერტაციისთვის. არსებობს მრავალი სახის კარიბჭის სიგნალი, რომლის განხორციელებაც შესაძლებელია. ქვემოთ მოყვანილი ანგარიში განიხილავს სამფაზიანი ინვერტორული კარიბჭის დრაივერის მიკროსქემის დიზაინს და განხორციელებას 180 გრადუსიანი გამტარობის გამოყენებით. ეს ანგარიში ყურადღებას ამახვილებს Gate Driver Circuit– ის დიზაინზე, რომელშიც არის დაწერილი დიზაინის სრული დეტალები. გარდა ამისა, ეს პროექტი ასევე მოიცავს მიკროკონტროლერისა და მიკროსქემის დაცვას შეცდომის პირობებში. მიკროსქემის გამომუშავება არის 6 PWM სამფაზიანი ინვერტორული 3 ფეხისთვის.

ნაბიჯი 1: ლიტერატურის მიმოხილვა

ენერგეტიკის მრავალი პროგრამა მოითხოვს DC ძაბვის AC ძაბვაზე გადაყვანას, როგორიცაა მზის პანელების კავშირი ეროვნულ ქსელთან ან AC მოწყობილობებთან. DC– ის AC– ზე ეს გარდაქმნა მიიღწევა ინვერტორების გამოყენებით. მიწოდების ტიპზე დაყრდნობით, არსებობს ორი სახის ინვერტორი: ერთფაზიანი ინვერტორი და სამფაზიანი ინვერტორი. ერთფაზიანი ინვერტორი იღებს DC ძაბვას შეყვანის სახით და გარდაქმნის მას ერთფაზიანი AC ძაბვად, ხოლო სამფაზიანი ინვერტორული გადამყვანი გარდაქმნის DC ძაბვას სამფაზიანი AC ძაბვად.

სურათი 1.1: სამფაზიანი ინვერტორი

სამფაზიანი ინვერტორი იყენებს 6 ტრანზისტორი კონცენტრატორს, როგორც ზემოთ ნაჩვენებია, რომლებიც ამოძრავებს PWM სიგნალებს Gate Driver Circuits– ის გამოყენებით.

ინვერტორული გამაგრილებელი სიგნალები ერთმანეთის მიმართ უნდა იყოს 120 გრადუსიანი ფაზის განსხვავებით, რათა მიიღონ სამფაზიანი დაბალანსებული გამომუშავება. ამ მიკროსქემის გასაშვებად შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორი სახის საკონტროლო სიგნალი

• 180 გრადუსიანი გამტარობა

• 120 გრადუსიანი გამტარობა

180 გრადუსიანი გამტარობის რეჟიმი

ამ რეჟიმში, თითოეული ტრანზისტორი ჩართულია 180 გრადუსზე. და ნებისმიერ დროს, სამი ტრანზისტორი რჩება ჩართული, თითო ტრანზისტორი თითოეულ ფილიალში. ერთ ციკლში არის ექვსი რეჟიმი და თითოეული რეჟიმი მუშაობს ციკლის 60 გრადუსზე. კარის სიგნალები გადადის ერთმანეთისგან 60 გრადუსიანი ფაზის განსხვავებით სამფაზიანი დაბალანსებული მარაგის მისაღებად.

სურათი 1.2: 180 გრადუსიანი გამტარობა

120 გრადუსი გამტარობის რეჟიმი

ამ რეჟიმში, თითოეული ტრანზისტორი ჩართულია 120 გრადუსზე. და ნებისმიერ დროს, მხოლოდ ორი ტრანზისტორი ატარებს. უნდა აღინიშნოს, რომ ნებისმიერ დროს, თითოეულ ფილიალში, მხოლოდ ერთი ტრანზისტორი უნდა იყოს ჩართული. PWM სიგნალებს შორის უნდა არსებობდეს ფაზის განსხვავება 60 გრადუსი, რათა მიიღოთ დაბალანსებული სამი ფაზის AC გამომავალი.

სურათი 1.3: 120 გრადუსიანი გამტარობა

მკვდარი დროის კონტროლი

ერთი ძალიან მნიშვნელოვანი სიფრთხილის ზომების მიღება არის ის, რომ ერთ ფეხიზე ორივე ტრანზისტორი არ უნდა იყოს ჩართული ერთდროულად, წინააღმდეგ შემთხვევაში DC წყარო მოკლე ჩართვას გამოიწვევს და წრე დაზიანებულია. აქედან გამომდინარე, ძალზედ მნიშვნელოვანია ერთი ტრანზისტორის გადაბრუნებასა და მეორე ტრანზისტორის ჩართვას შორის ძალიან მოკლე დროის ინტერვალის დამატება.

ნაბიჯი 2: ბლოკირების დიაგრამა

ნაბიჯი 3: კომპონენტები

ამ განყოფილებაში წარმოდგენილი იქნება დეტალები დიზაინის შესახებ და გაანალიზდება.

კომპონენტების სია

• ოპტოწყვილი 4n35

• IR2110 დრაივერის IC

• ტრანზისტორი 2N3904

• დიოდი (UF4007)

• ზენერის დიოდები

• სარელეო 5V

• და კარიბჭე 7408

• ATiny85

ოპტოქუპლერი

4n35 optocoupler გამოიყენება მიკროკონტროლერის ოპტიკური იზოლაციისთვის დანარჩენი წრიდან. შერჩეული წინააღმდეგობა ემყარება ფორმულას:

წინააღმდეგობა = LedVoltage/CurrentRating

წინააღმდეგობა = 1.35V/13.5mA

წინააღმდეგობა = 100 Ohms

გამომავალი წინააღმდეგობა, რომელიც მოქმედებს როგორც გამწევი წინააღმდეგობა, არის 10k ohm, რათა მოხდეს ძაბვის სწორი განვითარება.

IR 2110

ეს არის კარიბჭის მართვის IC, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება MOSFET– ების მართვისთვის. ეს არის 500 V მაღალი და დაბალი დრაივერის IC, ტიპიური 2.5 A წყაროს და 2.5 A ნიჟარის დენებით 14 ტყვიის შეფუთვის IC- ში.

ჩატვირთვის კონდენსატორი

მძღოლის IC- ის ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტია ჩამტვირთავი კონდენსატორი. ჩატვირთვის კონდენსატორს უნდა შეეძლოს უზრუნველყოს ეს მუხტი და შეინარჩუნოს მისი სრული ძაბვა, წინააღმდეგ შემთხვევაში იქნება Vbs ძაბვაზე მნიშვნელოვანი ტალღა, რომელიც შეიძლება დაეცეს Vbsuv ძაბვის დაბლოკვის ქვემოთ და გამოიწვიოს HO გამომავალი ფუნქციონირების შეწყვეტა. ამრიგად, Cbs კონდენსატორში დატენვა უნდა იყოს მინიმუმ ორჯერ ზემოთ მოცემულ მნიშვნელობაზე. კონდენსატორის მინიმალური მნიშვნელობა შეიძლება გამოითვალოს ქვემოთ მოცემული განტოლებიდან.

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

Ხოლო

Vf = წინა ძაბვის ვარდნა ჩატვირთვის დიოდზე

VLS = ძაბვის ვარდნა დაბალ მხარეს FET (ან დატვირთვა მაღალი მხარის დრაივერისთვის)

VMin = მინიმალური ძაბვა VB და VS შორის

Qg = მაღალი გვერდითი FET- ის კარიბჭე

F = ოპერაციის სიხშირე

Icbs (გაჟონვა) = ჩამტვირთავი კონდენსატორის გაჟონვის დენი

Qls = დონის ცვლის საფასური, რომელიც საჭიროა ერთ ციკლზე

ჩვენ შევარჩიეთ 47uF მნიშვნელობა.

ტრანზისტორი 2N3904

2N3904 არის საერთო NPN ბიპოლარული შეერთების ტრანზისტორი, რომელიც გამოიყენება ზოგადი დანიშნულების დაბალი სიმძლავრის გამაძლიერებელი ან გადართვის პროგრამებისთვის. მას შეუძლია გაუმკლავდეს 200 mA დენს (აბსოლუტური მაქსიმალური) და სიხშირეებს 100 MHz– მდე, როდესაც გამოიყენება როგორც გამაძლიერებელი.

დიოდი (UF4007)

მაღალი რეზისტენტობის I ტიპის ნახევარგამტარი გამოიყენება დიოდური ქვედა დიოდური ტევადობის უზრუნველსაყოფად (Ct). შედეგად, PIN დიოდები მოქმედებენ როგორც ცვლადი რეზისტორი წინ მიმავალი მიკერძოებით და იქცევიან როგორც კონდენსატორი საპირისპირო მიკერძოებით. მაღალი სიხშირის მახასიათებლები (დაბალი ტევადობა უზრუნველყოფს სიგნალის ხაზების მინიმალურ ეფექტს) ხდის მათ შესაფერისი გამოსაყენებლად როგორც ცვლადი რეზისტენტული ელემენტები სხვადასხვა პროგრამებში, მათ შორის შესუსტება, მაღალი სიხშირის სიგნალის გადართვა (ანუ მობილური ტელეფონები, რომლებიც საჭიროებენ ანტენას) და AGC სქემები.

ზენერის დიოდი

ზენერის დიოდი არის დიოდის განსაკუთრებული ტიპი, რომელიც განსხვავდება ჩვეულებრივი დიოდისაგან, რომელიც საშუალებას აძლევს დენზე გადავიდეს არა მხოლოდ მისი ანოდიდან კათოდამდე, არამედ საპირისპირო მიმართულებით, როდესაც ზენერის ძაბვა მიიღწევა. იგი გამოიყენება როგორც ძაბვის მარეგულირებელი. ზენერის დიოდებს აქვთ ძალიან დოპინგური p-n შეერთება. ნორმალური დიოდები ასევე იშლება საპირისპირო ძაბვით, მაგრამ მუხლის ძაბვა და სიმკვეთრე არ არის ისეთი განსაზღვრული, როგორც ზენერის დიოდისთვის. ასევე ნორმალური დიოდები არ არის შექმნილი ავარიის რეგიონში მუშაობისთვის, მაგრამ ზენერის დიოდებს შეუძლიათ საიმედოდ იმუშაონ ამ რეგიონში.

სარელეო

რელეები არის გადამრთველები, რომლებიც ხსნიან და ხურავენ სქემებს ელექტრომექანიკურად ან ელექტრონულად. რელეები აკონტროლებენ ერთ ელექტრულ წრეს მეორე წრეში კონტაქტების გახსნით და დახურვით. როდესაც სარელეო კონტაქტი ჩვეულებრივ ღიაა (NO), არის ღია კონტაქტი, როდესაც სარელეო არ არის ჩართული. როდესაც სარელეო კონტაქტი ჩვეულებრივ დახურულია (NC), არის დახურული კონტაქტი, როდესაც სარელეო არ არის ჩართული. ნებისმიერ შემთხვევაში, კონტაქტებზე ელექტრული დენის გამოყენება ცვლის მათ მდგომარეობას

და კარიბჭე 7408

ლოგიკა და კარიბჭე არის ციფრული ლოგიკური კარიბჭის ტიპი, რომლის გამომუშავება მიდის ლოგიკურ დონეზე 1 -მდე, როდესაც მისი ყველა შეყვანა მაღალია

ATiny85

ეს არის დაბალი სიმძლავრის მიკროჩიპი 8 ბიტიანი AVR RISC დაფუძნებული მიკროკონტროლერი, რომელიც აერთიანებს 8KB ISP ნაცარი მეხსიერებას, 512B EEPROM, 512-Byte SRAM, 6 ზოგადი დანიშნულების I/O ხაზებს, 32 ზოგადი დანიშნულების სამუშაო რეგისტრს, ერთ 8 ბიტიან ტაიმერს/მრიცხველს შედარების რეჟიმებით, ერთი 8 ბიტიანი მაღალი სიჩქარით ქრონომეტრი/მრიცხველი, USI, შიდა და გარე შეფერხებები, 4 არხიანი 10 ბიტიანი A/D კონვერტორი.

ნაბიჯი 4: სამუშაო და წრე განმარტებულია

ამ განყოფილებაში სქემის მუშაობა დეტალურად იქნება ახსნილი.

PWM თაობა

PWM გენერირდება STM მიკროკონტროლისგან. TIM3, TIM4 და TIM5 გამოყენებულია სამი PWM– ის 50 პროცენტიანი სამუშაო ციკლის შესაქმნელად. ფაზის ცვლა 60 გრადუსი იყო ჩართული სამ PWM– ს შორის დროის დაგვიანებით. 50 Hz PWM სიგნალისთვის, დაგვიანების გამოსათვლელად იქნა გამოყენებული შემდეგი მეთოდი

დაგვიანებით = დროის პერიოდი ∗ 60/360

შეფერხება = 20 ms ∗ 60/360

შეფერხება = 3.3 ms

მიკროკონტროლერის იზოლაცია Optocoupler– ის გამოყენებით

მიკროკონტროლერსა და დანარჩენ მიკროსქემს შორის იზოლაცია განხორციელდა optocoupler 4n35 გამოყენებით. 4n35– ის იზოლაციის ძაბვაა დაახლოებით 5000 ვ. იგი გამოიყენება მიკროკონტროლის საპირისპირო დენებისაგან დასაცავად. როგორც მიკროკონტროლერი ვერ იტანს უარყოფით ძაბვას, შესაბამისად, მიკროკონტროლერის დაცვის მიზნით, გამოიყენება ოპტოქუპლერი.

Gate Driving CircuitIR2110 დრაივერის IC გამოიყენება PWM– ების MOSFET– ზე გადასვლის უზრუნველსაყოფად. მიკროკონტროლის PWM– ები მოწოდებულია IC– ს შესასვლელში. რადგან IR2110– ს არ აქვს ჩაშენებული NOT Gate, ამიტომ BJT გამოიყენება როგორც Lin Lin– ის ინვერტორი. შემდეგ ის აძლევს დამატებით PWM– ებს MOSFET– ებს, რომლებიც უნდა ამოძრავებდეთ

შეცდომის გამოვლენა

SemiTeach მოდულს აქვს 3 შეცდომის ქინძისთავი, რომლებიც ჩვეულებრივ მაღალია 15 ვ -ზე. როდესაც წრეში რაიმე შეცდომაა, ერთი ქინძისთავი მიდის დაბალ დონეზე. მიკროსქემის კომპონენტების დაცვის მიზნით, წრე უნდა იყოს გათიშული შეცდომის პირობებში. ეს განხორციელდა AND Gate, ATiny85 მიკროკონტროლერის და 5 ვ რელეს გამოყენებით. AND Gate– ის გამოყენება

AND კარიბჭეში არის 3 შეცდომის ქინძისთავები, რომლებიც ნორმალურ მდგომარეობაშია HIGH მდგომარეობაში, ასე რომ AND კარიბჭე არის მაღალი ნორმალურ პირობებში. როგორც კი მოხდება შეცდომა, ერთი ქინძისთავი მიდის 0 V- მდე და შესაბამისად AND კარიბჭის გამოსავალი დაბალია. ეს შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმის შესამოწმებლად, არის თუ არა შეცდომა წრედში. Vcc და AND Gate უზრუნველყოფილია ზენერ დიოდის საშუალებით.

Vcc– ის გაჭრა ATiny85– ის საშუალებით

AND კარიბჭის გამომუშავება მიეწოდება ATiny85 მიკროკონტროლერს, რომელიც წარმოქმნის შეწყვეტას, როგორც კი რაიმე შეცდომა იქნება. ეს კიდევ უფრო ამოძრავებს სარელეოს, რომელიც წყვეტს Vcc ყველა კომპონენტს ATiny85– ის გარდა.

ნაბიჯი 5: სიმულაცია

სიმულაციისთვის ჩვენ გამოვიყენეთ PWM– ები პროტეუსის ფუნქციის გენერატორისგან და არა STMf401 მოდელისგან, რადგან ის არ არის ხელმისაწვდომი პროტეუსზე. ჩვენ გამოვიყენეთ Opto-Coupler 4n35 მიკროკონტროლერსა და დანარჩენ წრეს შორის იზოლაციისათვის. IR2103 გამოიყენება სიმულაციებში, როგორც მიმდინარე გამაძლიერებელი, რაც გვაძლევს დამატებით PWM– ებს.

სქემატური დიაგრამა მოცემულია შემდეგნაირად:

მაღალი გამომავალი ეს გამომავალი არის HO და Vs. შემდეგი ფიგურა გვიჩვენებს სამი მაღალი გვერდითი PWM– ის გამომუშავებას.

დაბალი გამომავალი ეს გამომავალი არის LO და COM შორის. შემდეგი ფიგურა გვიჩვენებს სამი მაღალი გვერდითი PWM– ის გამომუშავებას.

ნაბიჯი 6: სქემატური და PCB განლაგება

ნაჩვენებია პროტეუსზე შექმნილი სქემატური და PCB განლაგება

ნაბიჯი 7: აპარატურის შედეგები

დამატებითი PWM– ები

შემდეგი ფიგურა გვიჩვენებს ერთ -ერთი IR2110- ის გამომავალს, რომელიც არის დამატებითი

A და B ფაზის PWM

ფაზა A და B არის 60 გრადუსი ფაზა გადატანილი. ის ნაჩვენებია ფიგურაში

A და C ფაზის PWM

ფაზა A და C არის -60 გრადუსი ფაზა გადატანილი. ის ნაჩვენებია ფიგურაში

ნაბიჯი 8: კოდირება

კოდი შემუშავდა Atollic TrueStudio– ში. Atollic– ის ინსტალაციისთვის შეგიძლიათ ნახოთ ჩემი წინა გაკვეთილები ან გადმოწეროთ ინტერნეტით.

დაემატა სრული პროექტი.

ნაბიჯი 9: მადლობა

ჩემი ტრადიციის შესაბამისად, მინდა მადლობა გადავუხადო ჩემი ჯგუფის წევრებს, რომლებიც დამეხმარნენ ამ გასაოცარი პროექტის დასრულებაში.

ვიმედოვნებ, რომ ეს სასწავლო დაგეხმარებათ.

ეს მე ვარ ხელმოწერისთვის:)

Საუკეთესო სურვილებით

ტაჰირ ულ ჰაკი

EE, UET LHR პაკისტანი