Vezje gonilnika vrat za trifazni pretvornik: 9 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Ta projekt je v bistvu voznikovo vezje za opremo, imenovano SemiTeach, ki smo jo nedavno kupili za naš oddelek. Prikazana je slika naprave.

Priključitev tega gonilniškega tokokroga na 6 MOSFET ustvari tri izmenične napetosti za 120 stopinj. Razpon 600 V za napravo SemiTeach. Naprava ima tudi vgrajene izhodne sponke za napake, ki dajejo nizko stanje, ko zaznajo napako v kateri koli od treh faz

Razsmerniki se običajno uporabljajo v elektroenergetiki za pretvorbo enosmerne napetosti več generacij virov v izmenične napetosti za učinkovit prenos in distribucijo. Poleg tega se uporabljajo tudi za pridobivanje energije iz neprekinjenih napajalnikov (UPS). Razsmerniki potrebujejo vezje gonilnika vrat za pogon stikal Power Electronics, ki se uporabljajo v tokokrogu za pretvorbo. Obstaja veliko vrst signalov vrat, ki jih je mogoče uresničiti. Naslednje poročilo obravnava načrtovanje in izvajanje vezja za trifazni pretvornik z uporabo 180 -stopinjske prevodnosti. To poročilo se osredotoča na zasnovo vezja gonilnika vrat, v katerem so zapisane celotne podrobnosti o zasnovi. Poleg tega ta projekt zajema tudi zaščito mikrokrmilnika in vezja med napakami. Izhod vezja je 6 PWM za 3 krake trifaznega pretvornika.

1. korak: Pregled literature

Mnoge aplikacije v elektroenergetiki zahtevajo pretvorbo enosmerne napetosti v izmenično napetost, na primer priključitev sončnih celic na nacionalno omrežje ali napajanje naprav z izmeničnim tokom. Ta pretvorba enosmernega v izmenični tok se doseže z uporabo pretvornikov. Glede na vrsto napajanja obstajata dve vrsti pretvornikov: enofazni in trifazni pretvornik. Enofazni pretvornik vzame enosmerno napetost kot vhod in jo pretvori v enofazno izmenično napetost, medtem ko trifazni pretvornik pretvori enosmerno napetost v trifazno izmenično napetost.

Slika 1.1: Trifazni pretvornik

Trifazni pretvornik uporablja 6 tranzistorskih stikal, kot je prikazano zgoraj, ki jih poganjajo signali PWM z uporabo vezja gonilnika vrat.

Signali krmiljenja pretvornika morajo imeti medsebojno fazno razliko 120 stopinj, da pridobijo trifazni uravnotežen izhod. Za zagon tega vezja je mogoče uporabiti dve vrsti nadzornih signalov

• 180 stopinj prevodnosti

• 120 -stopinjska prevodnost

180 stopinjski način prevodnosti

V tem načinu je vsak tranzistor vklopljen za 180 stopinj. In kadar koli ostanejo vklopljeni trije tranzistorji, po en tranzistor v vsaki veji. V enem ciklu je šest načinov delovanja in vsak način deluje pri 60 stopinjah cikla. Signali krmiljenja se premikajo drug od drugega s fazno razliko 60 stopinj, da dobimo trifazno uravnoteženo napajanje.

Slika 1.2: 180 -stopinjska prevodnost

Način vodenja 120 stopinj

V tem načinu je vsak tranzistor vklopljen za 120 stopinj. In kadar koli vodita samo dva tranzistorja. Treba je opozoriti, da mora biti v vsaki veji v vsakem trenutku vklopljen samo en tranzistor. Za uravnotežen izhod trifaznega izmeničnega toka mora biti med 60 -stopinjsko fazno razliko.

Slika 1.3: 120 -stopinjska prevodnost

Nadzor mrtvega časa

Eden zelo pomembnih previdnostnih ukrepov je, da oba tranzistorja na eni nogi ne smeta biti vklopljena hkrati, sicer bo vir enosmernega toka povzročil kratek stik in poškodoval vezje. Zato je zelo pomembno dodati zelo kratek časovni interval med izklopom enega tranzistorja in vklopom drugega tranzistorja.

2. korak: blokovni diagram

3. korak: Komponente

V tem razdelku bodo predstavljene in analizirane podrobnosti o oblikovanju.

Seznam komponent

• Optoelement 4n35

• IC gonilnika IR2110

• Tranzistor 2N3904

• Dioda (UF4007)

• Zener diode

• Rele 5V

• IN Vrata 7408

• ATiny85

Optoelement

Optoelement 4n35 je bil uporabljen za optično izolacijo mikrokrmilnika od preostalega tokokroga. Izbran odpor temelji na formuli:

Odpornost = LedVoltage/CurrentRating

Odpornost = 1,35 V/13,5 mA

Odpornost = 100 ohmov

Izhodni upor, ki deluje kot upor navzdol, je 10 k ohmov za pravilen razvoj napetosti na njem.

IR 2110

To je IC za upravljanje vrat, ki se običajno uporablja za pogon MOSFET -ov. Gre za 500 V visoko in nizko stransko krmilno enoto s tipičnimi viri 2,5 A in 2,5 A potopnimi tokovi v 14 -palčni IC embalaži.

Bootstrap kondenzator

Najpomembnejša komponenta gonilniške IC je zagonski kondenzator. Zagonski kondenzator mora biti sposoben napajati to polnjenje in ohraniti svojo polno napetost, sicer bo na napetosti Vbs prišlo do znatne valovitosti, ki bi lahko padla pod blokado prenizke napetosti Vbsuv in povzročila, da bi izhod HO prenehal delovati. Zato mora biti naboj v kondenzatorju Cbs najmanj dvakrat večji od zgornje vrednosti. Najmanjšo vrednost kondenzatorja je mogoče izračunati iz spodnje enačbe.

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

Kje kot

Vf = Sprednji padec napetosti na zagonski diodi

VLS = Padec napetosti na nizko stranskem FET -u (ali obremenitev za gonilnika na visoki strani)

VMin = Najmanjša napetost med VB in VS

Qg = Naboj vrat visokih stranskih FET

F = pogostost delovanja

Icbs (puščanje) = tok puščanja kondenzatorja zagonskega pasu

Qls = zahtevana polnilna stopnja za cikel

Izbrali smo vrednost 47uF.

Tranzistor 2N3904

2N3904 je običajen bipolarni tranzistor NPN, ki se uporablja za splošne ojačevalne ali preklopne aplikacije z nizko porabo energije. Ko se uporablja kot ojačevalnik, lahko prenese tok 200 mA (absolutni maksimum) in frekvence do 100 MHz.

Dioda (UF4007)

Polprevodnik I tipa z visoko upornostjo se uporablja za znatno nižjo kapacitivnost diode (Ct). Kot rezultat, diode PIN delujejo kot spremenljivi upor s pristranskostjo naprej in se obnašajo kot kondenzator z obratno pristranskostjo. Zaradi visokofrekvenčnih značilnosti (nizka kapacitivnost zagotavlja minimalne učinke signalnih vodov) so primerne za uporabo kot spremenljivi uporniški elementi v najrazličnejših aplikacijah, vključno z dušilci, preklapljanjem visokofrekvenčnih signalov (tj. Mobilnimi telefoni, ki potrebujejo anteno) in vezji AGC.

Zener dioda

Zener dioda je posebna vrsta diode, ki za razliko od običajne omogoča, da tok teče ne samo od anode do katode, ampak tudi v obratni smeri, ko je dosežena Zenerjeva napetost. Uporablja se kot regulator napetosti. Zener diode imajo močno dopiran p-n spoj. Običajne diode se bodo pokvarile tudi z obratno napetostjo, vendar napetost in ostrina kolena nista tako dobro opredeljeni kot pri Zenerjevi diodi. Tudi normalne diode niso zasnovane za delovanje v območju okvare, vendar lahko Zener diode v tem območju zanesljivo delujejo.

Rele

Releji so stikala, ki elektromehansko ali elektronsko odpirajo in zapirajo vezja. Releji krmilijo en električni tokokrog z odpiranjem in zapiranjem kontaktov v drugem vezju. Ko je rele rele normalno odprt (NO), pride do odprtega kontakta, ko rele ni pod napetostjo. Ko je kontakt releja normalno zaprt (NC), je stik zaprt, ko rele ni pod napetostjo. V obeh primerih bo električni tok na stikih spremenil njihovo stanje

IN Vrata 7408

Logic AND Gate je vrsta digitalnih logičnih vrat, katerih izhod gre visoko na logično raven 1, ko so vsi vhodi visoki

ATiny85

Gre za mikrokrmilnik z nizko porabo, 8-bitni AVR RISC, ki združuje 8KB ISP bliskovni pomnilnik, 512B EEPROM, 512-bajtni SRAM, 6 splošnih namenskih V/I linij, 32 splošnih delovnih registrov, en 8-bitni časomer/števec s primerjalnimi načini, enim 8-bitnim hitrim merilnikom časa/števcem, USI, notranjimi in zunanjimi prekinitvami, 4-kanalnim 10-bitnim A/D pretvornikom.

4. korak: Delo in vezje razloženo

V tem razdelku bo podrobno opisano delovanje vezja.

PWM generacija

PWM je bil ustvarjen iz mikrokrmilnika STM. TIM3, TIM4 in TIM5 so bili uporabljeni za ustvarjanje treh PWM s 50 -odstotnim delovnim ciklom. Fazni premik 60 stopinj je bil vključen med tri PWM z uporabo časovne zakasnitve. Za 50 Hz signal PWM je bila za izračun zakasnitve uporabljena naslednja metoda

zakasnitev = časovno obdobje ∗ 60/360

zakasnitev = 20 ms ∗ 60/360

zakasnitev = 3,3 ms

Izolacija mikrokrmilnika z optičnim sklopnikom

Izolacijo med mikrokrmilnikom in preostalim vezjem smo izvedli z optičnim sklopnikom 4n35. Izolacijska napetost 4n35 je približno 5000 V. Uporablja se za zaščito mikrokrmilnika pred obratnimi tokovi. Ker mikrokrmilnik ne prenese negativne napetosti, se zato za zaščito mikrokrmilnika uporablja optični sklopnik.

Krmilno vezje vratnega vmesnika IR2110 je bilo uporabljeno za zagotavljanje preklopa PWM -ov na MOSFET -e. PWM -ji iz mikrokrmilnika so bili zagotovljeni na vhodu IC. Ker IR2110 nima vgrajenih vrat NOT NOT, se BJT uporablja kot pretvornik na pin Lin. Nato daje komplementarne PWM -je MOSFET -om, ki jih je treba poganjati

Odkrivanje napak

Modul SemiTeach ima 3 napačne zatiče, ki so običajno visoki pri 15 V. Kadar koli pride do napake v vezju, eden od nožic preide na raven LOW. Zaradi zaščite sestavnih delov vezja je treba v pogojih napake tokokrog prekiniti. To je bilo doseženo z AND Gate, mikrokrmilnikom ATiny85 in 5 V relejem. Uporaba vrat AND

Vhod na vrata AND so 3 zatiča napake, ki so v normalnem stanju v VISOKEM stanju, zato je izhod AND Gate v normalnih pogojih VISOK. Takoj, ko pride do napake, eden od nožic preide na 0 V, zato se izhod vrat IN IN zniža. S tem lahko preverite, ali je v vezju napaka ali ne. Vcc do vrat AND je zagotovljen preko Zener diode.

Rezanje Vcc prek ATiny85

Izhod AND Gate se napaja z mikrokrmilnikom ATiny85, ki takoj, ko pride do napake, ustvari prekinitev. To dodatno poganja rele, ki prekine V cc vseh komponent, razen ATiny85.

5. korak: Simulacija

Za simulacijo smo uporabili PWM -je iz generatorja funkcij v Proteusu in ne v modelu STMf401, saj na Proteusu ni na voljo. Opto-spenjač 4n35 smo uporabili za izolacijo med mikrokrmilnikom in preostalim vezjem. IR2103 se v simulacijah uporablja kot ojačevalnik toka, ki nam daje komplementarne PWM -je.

Shematski diagram Shematski diagram je naslednji:

High Side Output Ta izhod je med HO in Vs. Naslednja slika prikazuje izhod treh visoko -stranskih PWM -jev.

Low Side Output Ta izhod je med LO in COM. Naslednja slika prikazuje izhod treh visoko -stranskih PWM -jev.

6. korak: Shema in postavitev tiskanega vezja

Prikazana je shema in postavitev tiskanega vezja, ustvarjena na Proteusu

7. korak: Rezultati strojne opreme

Dopolnilne PWM

Naslednja slika prikazuje izhod enega od IR2110, ki se dopolnjuje

PWM faze A in B

Fazi A in B sta fazno premaknjeni za 60 stopinj. To je prikazano na sliki

PWM faze A in C

Fazi A in C sta fazno premaknjeni za -60 stopinj. To je prikazano na sliki

8. korak: Kodiranje

Koda je bila razvita v Atollic TrueStudio. Če želite namestiti Atollic, si lahko ogledate moje prejšnje vaje ali prenesete na spletu.

Celoten projekt je bil dodan.

9. korak: Hvala

V skladu s svojo tradicijo bi se rad zahvalil članom svoje skupine, ki so mi pomagali pri dokončanju tega čudovitega projekta.

Upam, da vam ta navodila pomagajo.

To sem jaz odjavljen:)

Lep pozdrav

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistan