Portin ohjainpiiri kolmivaiheiselle invertterille: 9 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tämä projekti on pohjimmiltaan kuljettajapiiri SemiTeach -nimiselle laitteelle, jonka ostimme hiljattain osastollemme. Laitteen kuva näytetään.

Tämän ohjainpiirin kytkeminen 6 mosfetiin tuottaa kolme 120 asteen siirtynyttä AC -jännitettä. Alue on 600 V SemiTeach -laitteelle. Laitteessa on myös sisäänrakennetut virhelähtöliittimet, jotka antavat alhaisen tilan havaitessaan virheen missä tahansa kolmesta vaiheesta

Inverttereitä käytetään yleisesti voimantuotannossa monien sukupolvien lähteiden DC -jännitteen muuntamiseen vaihtojännitteiksi tehokasta siirtoa ja jakelua varten. Lisäksi niitä käytetään myös energian talteenottoon UPS -laitteista. Taajuusmuuttajat tarvitsevat portin ohjainpiirin ohjaamaan muunnossa käytettäviä virtapiirikytkimiä. On olemassa monenlaisia porttisignaaleja, jotka voidaan toteuttaa. Seuraavassa raportissa käsitellään portin ohjainpiirin suunnittelua ja toteutusta kolmivaiheiselle invertterille, joka käyttää 180 asteen johtavuutta. Tämä raportti keskittyy portin kuljettajapiirin suunnitteluun, johon kaikki suunnittelun yksityiskohdat on kirjoitettu. Lisäksi tämä projekti sisältää myös mikro -ohjaimen ja piirin suojan virheolosuhteissa. Piirin lähtö on 6 PWM kolmivaiheisen invertterin kolmelle jalalle.

Vaihe 1: Kirjallisuuskatsaus

Monet sähköteollisuuden sovellukset edellyttävät DC -jännitteen muuntamista vaihtojännitteeksi, kuten aurinkopaneelien liittämistä kansalliseen verkkoon tai verkkovirtalaitteisiin. Tämä DC: n muuntaminen AC: ksi saadaan aikaan inverttereillä. Syöttömuodon mukaan inverttereitä on kahdenlaisia: yksivaiheinen ja kolmivaiheinen. Yksivaiheinen invertteri ottaa DC -jännitteen tuloksi ja muuntaa sen yksivaiheiseksi AC -jännitteeksi, kun taas kolmivaiheinen invertterimuunnin muuntaa DC -jännitteen kolmivaiheiseksi AC -jännitteeksi.

Kuva 1.1: Kolmivaiheinen invertteri

Kolmivaiheisessa taajuusmuuttajassa on kuusi yllä kuvattua transistorikytkintä, joita ohjaavat PWM -signaalit portin ohjainpiirejä käyttäen.

Taajuusmuuttajan porttisignaalien vaihe-eron tulisi olla 120 astetta toisiinsa nähden, jotta saadaan kolmivaiheinen tasapainoinen lähtö. Tämän piirin suorittamiseen voidaan käyttää kahdenlaisia ohjaussignaaleja

• 180 asteen johtavuus

• 120 asteen johtavuus

180 asteen johtamistila

Tässä tilassa jokainen transistori kytketään päälle 180 astetta. Ja milloin tahansa kolme transistoria pysyy päällä, yksi transistori kussakin haarassa. Yhdessä jaksossa on kuusi toimintatilaa ja jokainen tila toimii 60 astetta jaksoa. Portaussignaaleja siirretään toisistaan 60 asteen vaihe -erolla, jotta saadaan kolmivaiheinen tasapainoinen syöttö.

Kuva 1.2: 180 asteen konduktanssi

120 asteen johtamistila

Tässä tilassa jokainen transistori kytketään päälle 120 astetta. Ja milloin tahansa vain kaksi transistoria johtaa. On huomattava, että milloin tahansa, jokaisessa haarassa, vain yhden transistorin pitäisi olla päällä. PWM -signaalien välillä tulisi olla 60 asteen vaihe -ero, jotta tasapainoinen kolmivaiheinen AC -lähtö saadaan.

Kuva 1.3: Johtavuus 120 astetta

Kuolleen ajan valvonta

Yksi erittäin tärkeä varotoimenpide on, että yhdessä jalassa molemmat transistorit eivät saa olla päällä samanaikaisesti, muuten DC -lähde oikosulkee ja piiri vaurioituu. Siksi on erittäin tärkeää lisätä hyvin lyhyt aikaväli yhden transistorin sammuttamisen ja toisen transistorin kytkemisen välillä.

Vaihe 2: Lohkokaavio

Vaihe 3: Komponentit

Tässä osassa esitetään yksityiskohtia suunnittelusta ja analysoidaan.

Komponenttiluettelo

• Optoerotin 4n35

• IR2110 -ohjaimen IC

• Transistori 2N3904

• Diodi (UF4007)

• Zener -diodit

• Rele 5V

• JA portti 7408

• ATiny85

Optoerotin

4n35 -optoerotinta on käytetty mikro -ohjaimen optiseen eristämiseen muusta piiristä. Valittu vastus perustuu kaavaan:

Vastus = LedVoltage/CurrentRating

Vastus = 1.35V/13.5mA

Vastus = 100 ohmia

Lähtöresistanssi, joka toimii alasvetona, on 10 k ohmia, jotta jännite kehittyy oikein.

IR 2110

Se on porttikäyttöinen IC, jota tyypillisesti käytetään MOSFET -laitteiden ajamiseen. Se on 500 V: n korkean ja matalan puolen ohjainpiiri, jossa on tyypillinen 2,5 A: n lähde ja 2,5 A: n pesuvirta 14 johtopakkauksen IC: ssä.

Bootstrap -kondensaattori

Ohjaimen IC: n tärkein komponentti on käynnistyshihnan kondensaattori. Käynnistyshihnan kondensaattorin on kyettävä syöttämään tämä varaus ja säilyttämään täysi jännite, muuten Vbs -jännitteeseen tulee huomattava aaltoilu, joka voi pudota Vbsuvin alijännitesulun alle ja aiheuttaa HO -lähdön toiminnan lakkaamisen. Siksi Cbs -kondensaattorin varauksen on oltava vähintään kaksi kertaa edellä mainittu arvo. Kondensaattorin minimiarvo voidaan laskea alla olevasta yhtälöstä.

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

Missä kuin

Vf = Jatkuva jännitehäviö käynnistysnauhadiodin poikki

VLS = Jännitehäviö matalan puolen FET: llä (tai kuormitus korkean puolen kuljettajalla)

VMin = Minimijännite VB: n ja VS: n välillä

Qg = korkean puolen FET -portin varaus

F = toimintataajuus

Icbs (vuoto) = Bootstrap -kondensaattorin vuotovirta

Qls = vaadittu tasonsiirtomaksu per sykli

Olemme valinneet arvon 47uF.

Transistori 2N3904

2N3904 on yleinen NPN-bipolaarinen risteystransistori, jota käytetään yleiskäyttöisiin pienitehoisiin vahvistus- tai kytkentäsovelluksiin. Se pystyy käsittelemään 200 mA virtaa (absoluuttinen maksimi) ja jopa 100 MHz taajuuksia, kun sitä käytetään vahvistimena.

Diodi (UF4007)

Suuren resistiivisyyden I-tyypin puolijohdetta käytetään merkittävästi pienemmän diodikapasitanssin (Ct) aikaansaamiseen. Tämän seurauksena PIN -diodit toimivat muuttuvana vastuksena eteenpäin suuntautuvalla esijännitteellä ja toimivat kondensaattorina käänteisellä esijännitteellä. Korkean taajuuden ominaisuudet (alhainen kapasitanssi varmistaa signaalilinjojen vähäisen vaikutuksen) tekevät niistä sopivia käytettäväksi muuttuvina vastuselementteinä monissa eri sovelluksissa, mukaan lukien vaimennukset, korkeataajuiset signaalikytkimet (eli matkapuhelimet, jotka vaativat antennin) ja AGC-piirit.

Zener -diodi

Zener -diodi on erityinen diodityyppi, joka toisin kuin tavallinen diodi, sallii virran kulkea paitsi anodistaan katodilleen myös päinvastaiseen suuntaan, kun Zener -jännite saavutetaan. Sitä käytetään jännitteen säätimenä. Zener-diodeilla on erittäin seostettu p-n-liitos. Normaalit diodit hajoavat myös käänteisellä jännitteellä, mutta polven jännite ja terävyys eivät ole yhtä hyvin määriteltyjä kuin Zener -diodi. Myös normaaleja diodeja ei ole suunniteltu toimimaan vika -alueella, mutta Zener -diodit voivat toimia luotettavasti tällä alueella.

Rele

Releet ovat kytkimiä, jotka avaavat ja sulkevat piirejä sähkömekaanisesti tai elektronisesti. Releet ohjaavat yhtä sähköpiiriä avaamalla ja sulkemalla toisen piirin koskettimet. Kun releen kosketin on normaalisti auki (NO), rele on auki, kun rele ei ole jännitteinen. Kun releen kosketin on normaalisti kiinni (NC), on suljettu kosketin, kun rele ei ole jännitteinen. Kummassakin tapauksessa sähkövirran käyttäminen koskettimiin muuttaa niiden tilaa

JA GATE 7408

Logiikka ja portti on eräänlainen digitaalinen logiikkaportti, jonka lähtö siirtyy HIGH logiikkatasolle 1, kun kaikki sen tulot ovat HIGH

ATiny85

Se on pienitehoinen 8-bittinen mikrosiru, jossa on AVR RISC -pohjainen mikro-ohjain, jossa yhdistyy 8 kt ISP -salamamuisti, 512B EEPROM, 512-tavuinen SRAM, 6 yleiskäyttöistä I/O-linjaa, 32 yleiskäyttörekisteriä, yksi 8-bittinen ajastin/laskuri vertailutiloilla, yksi 8-bittinen nopea ajastin/laskuri, USI, sisäiset ja ulkoiset keskeytykset, 4-kanavainen 10-bittinen A/D-muunnin.

Vaihe 4: Työskentely ja piiri selitetty

Tässä osassa piirin toimintaa selitetään yksityiskohtaisesti.

PWM -sukupolvi

PWM on luotu STM -mikrokontrollerista. TIM3-, TIM4- ja TIM5 -tekniikoita on käytetty kolmen PWM -yksikön tuottamiseen 50 prosentin käyttöjaksolla. 60 asteen vaihesiirto sisällytettiin kolmen PWM: n väliin aikaviiveellä. 50 Hz: n PWM -signaalille käytettiin seuraavaa menetelmää viiveen laskemiseen

delay = TimePeriod ∗ 60/360

viive = 20 ms ∗ 60/360

viive = 3,3 ms

Mikro -ohjaimen eristäminen optoerottimella

Mikro -ohjaimen ja muun piirin välinen eristys on tehty optoerottimella 4n35. Eristysjännite 4n35 on noin 5000 V. Sitä käytetään mikro -ohjaimen suojaamiseen paluuvirroilta. Koska mikrokontrolleri ei kestä negatiivista jännitettä, käytetään mikrokontrollerin suojaamiseksi optoerotinta.

Gate Driving CircuitIR2110 -ohjainpiiriä on käytetty PWM -laitteiden kytkemiseen MOSFET -laitteisiin. Mikro -ohjaimen PWM: t on toimitettu IC: n tuloon. Koska IR2110: ssä ei ole sisäänrakennettua EI -porttia, BJT: tä käytetään invertterinä linjaan. Sitten se antaa täydentäviä PWM -laitteita ajettaville MOSFET -laitteille

Virheentunnistus

SemiTeach -moduulissa on 3 virhetappia, jotka ovat normaalisti HIGH 15 V jännitteellä. Aina kun piirissä on virhe, yksi nastoista siirtyy tasolle LOW. Piirin komponenttien suojaamiseksi piiri on katkaistava virhetilanteissa. Tämä tehtiin AND -portin, ATiny85 -mikrokontrollerin ja 5 V: n releen avulla. AND -portin käyttö

AND -portin tulo on 3 virhetappia, jotka ovat HIGH -tilassa normaalitilassa, joten AND Gate -lähtö on HIGH normaaleissa olosuhteissa. Heti virheen sattuessa nastat menevät 0 V: iin ja AND -portin lähtö laskee. Tämän avulla voidaan tarkistaa, onko piirissä virhe tai ei. Vcc AND -portille toimitetaan Zener -diodin kautta.

Vcc: n leikkaaminen ATiny85: n kautta

AND -portin lähtö syötetään ATiny85 -mikrokontrolleriin, joka aiheuttaa keskeytyksen heti, kun virhe ilmenee. Tämä ajaa edelleen Relettä, joka katkaisee kaikkien komponenttien Vcc: n paitsi ATiny85: n.

Vaihe 5: Simulaatio

Simulaatiossa olemme käyttäneet Proteus -funktiogeneraattorin PWM -laitteita STMf401 -mallin sijasta, koska se ei ole saatavana Proteuksessa. Olemme käyttäneet Opto-Coupler 4n35: tä mikro-ohjaimen ja muun piirin eristämiseen. IR2103: ta käytetään simulaatioissa virtavahvistimena, joka antaa meille täydentäviä PWM: iä.

Kaavamainen kaavio on esitetty seuraavasti:

High Side Output Tämä lähtö on HO: n ja Vs: n välillä. Seuraavassa kuvassa näkyy kolmen korkean sivun PWM: n lähtö.

Low Side Output Tämä lähtö on LO: n ja COM: n välillä. Seuraavassa kuvassa näkyy kolmen korkean sivun PWM: n lähtö.

Vaihe 6: Kaavio ja piirilevyasettelu

Proteusissa luotu kaavio ja piirilevyasettelu on esitetty

Vaihe 7: Laitteistotulokset

Täydentävät PWM: t

Seuraavassa kuvassa näkyy toisen IR2110: n ulostulo, joka täydentää toisiaan

Vaiheiden A ja B PWM

Vaihe A ja B ovat 60 asteen vaihesiirrot. Se näkyy kuvassa

Vaiheiden A ja C PWM

Vaiheen A ja C vaiheet ovat -60 astetta. Se näkyy kuvassa

Vaihe 8: Koodaus

Koodi kehitettiin Atollic TrueStudiossa. Voit asentaa Atollicin katsomalla aiemmat opetusohjelmani tai lataamalla ne verkosta.

Koko projekti on lisätty.

Vaihe 9: Kiitos

Perinteeni mukaisesti haluan kiittää ryhmäni jäseniä, jotka auttoivat minua toteuttamaan tämän mahtavan projektin.

Toivottavasti tästä ohjeesta on sinulle apua.

Tästä minä allekirjoitan:)

Parhain terveisin

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistan