Tək fazalı bir çeviricinin dizaynı və tətbiqi: 9 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

Bu Təlimat, Dialogun GreenPAK ™ CMIC-lərinin güc elektronikası tətbiqlərində istifadəsini araşdırır və müxtəlif nəzarət metodologiyalarından istifadə edərək bir fazalı çeviricinin tətbiqini nümayiş etdirəcək. Bir fazalı çeviricinin keyfiyyətini müəyyən etmək üçün müxtəlif parametrlərdən istifadə olunur. Əhəmiyyətli bir parametr Total Harmonik Distorsiyadır (THD). THD, bir siqnaldakı harmonik təhrifin ölçüsüdür və bütün harmonik komponentlərin güclərinin cəminin əsas tezliyin gücünə nisbəti olaraq təyin olunur.

Aşağıda, həlli bir fazalı çevirici yaratmaq üçün necə proqramlaşdırıldığını başa düşmək üçün lazım olan addımları təsvir etdik. Ancaq proqramlaşdırmanın nəticəsini əldə etmək istəyirsinizsə, artıq tamamlanmış GreenPAK Dizayn Faylına baxmaq üçün GreenPAK proqramını yükləyin. GreenPAK İnkişaf Kitini kompüterinizə qoşun və bir fazalı çevirici yaratmaq üçün proqramı vurun.

Addım 1: Bir fazalı çevirici

Güc çeviricisi və ya çevirici, birbaşa cərəyanı (DC) alternativ cərəyana (AC) çevirən bir elektron cihaz və ya sxemdir. AC çıxış fazalarının sayından asılı olaraq bir neçə növ çevirici var.

● Tək fazalı invertorlar

● Üç fazalı çeviricilər

DC, elektrik yükünün bir yönlü axınıdır. Sırf müqavimətli bir dövrə sabit bir gərginlik tətbiq olunarsa, sabit bir cərəyanla nəticələnər. Müqayisəli olaraq, AC ilə elektrik cərəyanının axını mütəmadi olaraq polariteyi dəyişdirir. Ən tipik AC dalğa forması sinus dalğasıdır, eyni zamanda üçbucaqlı və ya kvadrat dalğa ola bilər. Fərqli cərəyan profilləri ilə elektrik enerjisini ötürmək üçün xüsusi qurğular lazımdır. AC -ni DC -yə çevirən qurğular düzəldicilər, DC -ni AC -ə çevirən cihazlar isə invertorlar kimi tanınır.

Addım 2: Tək fazalı çeviricinin topologiyaları

Tək fazalı çeviricilərin iki əsas topologiyası var; yarım körpü və tam körpü topologiyaları. Bu tətbiq qeydində, tam körpü topologiyasına diqqət yetirilir, çünki yarım körpü topologiyasına nisbətən iki dəfə çıxış gərginliyi təmin edir.

Addım 3: Tam körpü topologiyası

Tam körpü topologiyasında 4 açar lazımdır, çünki alternativ çıxış gərginliyi keçid hüceyrələrinin iki qolu arasındakı fərqlə əldə edilir. Çıxış gərginliyi, transistorların müəyyən bir anda ağıllı şəkildə açılması və söndürülməsi ilə əldə edilir. Açarların bağlanmasından asılı olaraq dörd fərqli vəziyyət var. Aşağıdakı cədvəl, açarların bağlanmasına əsaslanan vəziyyətləri və çıxış gərginliyini ümumiləşdirir.

Çıxış gərginliyini maksimuma çatdırmaq üçün hər bir qolun giriş gərginliyinin əsas komponenti fazadan kənarda 180º olmalıdır. Hər bir filialın yarımkeçiriciləri performans baxımından bir-birini tamamlayır, yəni biri digərini apararkən kəsilir və əksinə. Bu topologiya inverterlər üçün ən çox istifadə ediləndir. Şəkil 1-də göstərilən diaqram, bir fazalı çevirici üçün tam körpü topologiyasının sxemini göstərir.

Addım 4: İzolyasiya edilmiş Qapı Bipolyar Transistor

İzolyasiya edilmiş Qapalı Bipolyar Transistor (IGBT), üçüncü bir PNjunction əlavə edilən bir MOSFET kimidir. Bu, MOSFET kimi gərginliyə əsaslanan idarəetməyə imkan verir, lakin yüksək yüklər və aşağı doyma gərginliyi ilə əlaqədar BJT kimi çıxış xüsusiyyətlərinə malikdir.

Statik davranışına görə dörd əsas bölgə müşahidə edilə bilər.

● Uçqun Bölgəsi

● Doyma Bölgəsi

● Kəsmə sahəsi

● Aktiv Region

Uçqun bölgəsi, IGBT -nin məhv olması ilə nəticələnən gərginlikdən aşağı bir gərginlik tətbiq edildiyi ərazidir. Kəsmə sahəsi, IGBT -nin keçirmədiyi dağılma gərginliyindən eşik gərginliyinə qədər olan dəyərləri ehtiva edir. Doyma bölgəsində, IGBT asılı bir gərginlik mənbəyi və bir sıra müqavimət kimi davranır. Aşağı gərginlik dəyişiklikləri ilə cərəyanın yüksək gücləndirilməsinə nail olmaq olar. Bu sahə istismar üçün ən arzuolunandır. Gərginlik artırılarsa, IGBT aktiv bölgəyə daxil olur və cərəyan sabit qalır. IGBT -nin uçqun bölgəsinə girməməsini təmin etmək üçün tətbiq olunan maksimum gərginlik var. Bu, elektrik elektronikasında ən çox istifadə olunan yarımkeçiricilərdən biridir, çünki bir neçə voltdan kV -a qədər geniş bir gərginliyi və kW ilə MW arasındakı gücləri dəstəkləyə bilər.

Bu İzolyasiya edilmiş Qapı Bipolyar Transistorlar, tam körpülü tək fazalı inverter topologiyası üçün keçid qurğuları kimi çıxış edir.

Addım 5: GreenPAK -da Pulse Width Modulation Block

Pulse Width Modulation (PWM) Blok, geniş tətbiqlər üçün istifadə edilə bilən faydalı bir blokdur. DCMP/PWM Bloku bir PWM Bloku olaraq konfiqurasiya edilə bilər. PWM bloku FSM0 və FSM1 vasitəsilə əldə edilə bilər. PWM IN+ pin FSM0-a, IN-pin isə FSM1-ə bağlıdır. Həm FSM0, həm də FSM1, PWM Blokuna 8 bit məlumat verir. PWM dövrü FSM1 dövrü ilə müəyyən edilir. PWM blokunun iş dövrü FSM0 tərəfindən idarə olunur.

?????? ???? ????? = ??+ / 256

İş dövrü konfiqurasiyası üçün iki seçim var:

● 0-99.6%: DC 0% -dən 99.6% -ə qədər dəyişir və IN+/256 olaraq təyin olunur.

● 0.39-100%: DC 0.39% ilə 100% arasında dəyişir və (IN + + 1)/256 olaraq təyin olunur.

Addım 6: PWM əsaslı kvadrat dalğa tətbiqi üçün GreenPAK dizaynı

Bir fazalı çeviricini tətbiq etmək üçün istifadə edilə bilən fərqli idarəetmə metodologiyaları var. Belə bir idarəetmə strategiyasına tək fazalı çevirici üçün PWM əsaslı kvadrat dalğa daxildir.

GreenPAK CMIC, DC -ni AC -yə asanlıqla çevirmək üçün dövri keçid nümunələri yaratmaq üçün istifadə olunur. DC gərginliyi batareyadan qidalanır və inverterdən alınan çıxış AC yükünü təmin etmək üçün istifadə edilə bilər. Bu tətbiqin məqsədi olaraq, AC tezliyi dünyanın bir çox yerində ümumi bir ev enerjisi tezliyi olan 50Hz olaraq təyin edilmişdir. Müvafiq olaraq, dövr 20 ms -dir.

SW1 və SW4 üçün GreenPAK tərəfindən yaradılmalı olan keçid nümunəsi Şəkil 3 -də göstərilmişdir.

SW2 və SW3 üçün keçid nümunəsi Şəkil 4 -də göstərilmişdir

Yuxarıdakı keçid nümunələri bir PWM bloku istifadə edərək rahatlıqla istehsal edilə bilər. PWM müddəti FSM1 dövrü ilə təyin olunur. FSM1 üçün vaxt 50Hz tezliyinə uyğun 20ms olaraq təyin olunmalıdır. PWM blokunun iş dövrü FSM0 -dan alınan məlumatlar tərəfindən idarə olunur. 50% iş dövrü yaratmaq üçün FSM0 sayğacının dəyəri 128 olaraq təyin olunur.

Müvafiq GreenPAK Dizaynı Şəkil 5 -də göstərilmişdir.

Addım 7: Kare Dalğa İdarəetmə Strategiyasının Dezavantajı

Kvadrat dalğa idarəetmə strategiyasından istifadə edərək, inverterin böyük miqdarda harmonik istehsal etməsinə səbəb olur. Əsas tezlikdən başqa, kvadrat dalğa çeviriciləri tək tezlikli komponentlərə malikdir. Bu harmoniklər maşın axınının doymasına səbəb olur və beləliklə də maşının pis işləməsinə gətirib çıxarır, bəzən hətta aparat zədələnir. Bu səbəbdən bu tip çeviricilərin istehsal etdiyi THD çox böyükdür. Bu problemi həll etmək üçün inverterin istehsal etdiyi harmoniklərin miqdarını əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq üçün Quasi-Square Wave kimi tanınan başqa bir idarəetmə strategiyasından istifadə edilə bilər.

Addım 8: PWM-ə əsaslanan Kvadrat Kvadrat Dalğa Tətbiqi üçün GreenPAK Dizaynı

Kvadrat-kvadrat dalğa idarəetmə strategiyasında, adi kvadrat dalğa formasında olan harmonikləri əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilən sıfır çıxış gərginliyi tətbiq edilir. Kvadrat-kvadrat dalğalı çeviricinin istifadəsinin əsas üstünlükləri bunlardır:

● Əsas komponentin amplitüdünə nəzarət edilə bilər (α -ya nəzarət etməklə)

● Bəzi harmonik məzmunlar aradan qaldırıla bilər (həmçinin α -ya nəzarət etməklə)

Əsas komponentin amplitüdünü Formula 1 -də göstərildiyi kimi α dəyərinə nəzarət etməklə idarə etmək olar.

N -ci harmonik, amplitudası sıfır olarsa, aradan qaldırıla bilər. Məsələn, α = 30 ° olduqda üçüncü harmonikin (n = 3) amplitudası sıfırdır (Formula 2).

Kvadrat-Dalğa nəzarət strategiyasının həyata keçirilməsi üçün GreenPAK Dizaynı Şəkil 9-da göstərilmişdir.

PWM bloku, 50 % iş dövrü olan bir kvadrat dalğa forması yaratmaq üçün istifadə olunur. Sıfır çıxış gərginliyi Pin-15 çıxışında görünən gərginliyi gecikdirməklə verilir. P-DLY1 bloku dalğa formasının yüksələn kənarını aşkar etmək üçün qurulmuşdur. P-DLY1, hər dövrdən sonra yüksələn kənarı vaxtaşırı aşkarlayacaq və Pin-15 çıxışını təmin etmək üçün VDD-ni D-flip flopda saatlamadan əvvəl 2 ms gecikmə yaradan DLY-3 blokunu tetikleyecektir.

Pin-15 həm SW1, həm də SW4 açılmasına səbəb ola bilər. Bu baş verdikdə yük üzərində müsbət bir gərginlik görünəcək.

P-DLY1 yüksələn kənar aşkarlama mexanizmi, həmçinin 8 saniyədən sonra D-flip flopu sıfırlayan və çıxışda 0 V görünən DLY-7 blokunu aktivləşdirir.

DLY-8 və DLY-9 da eyni yüksələn kənardan tetiklenir. DLY-8, 10 ms gecikmə yaradır və yenidən DLY-3-ü işə salır, bu da 2ms-dən sonra DFF-ni iki VƏ qapısında məntiqi yüksəkliyə səbəb olacaq.

Bu nöqtədə, PWM blokundan Out+ 0 olur, çünki blokun iş dövrü 50 %olaraq qurulmuşdur. Pin-16-da SW2 və SW3-ün açılmasına səbəb olaraq yük üzərində alternativ bir gərginlik meydana çıxacaq. 18 saniyədən sonra DLY-9 DFF-ni sıfırlayacaq və 0V Pin-16-da görünəcək və dövri dövr AC siqnalını verməyə davam edir.

Fərqli GreenPAK bloklarının konfiqurasiyası Şəkillər 10-14-də göstərilmişdir.

Addım 9: Nəticələr

Batareyadan inverterə 12 V DC gərginliyi verilir. İnverter bu gərginliyi AC dalğa formasına çevirir. İnverterin çıxışı, AC yüklərini idarə etmək üçün istifadə edilə bilən 12 V AC Gerilimini 220 V-ə çevirən bir artım transformatoruna verilir.

Nəticə

Bu Təlimat kitabında, GreenPAK a CMIC-dən istifadə edərək Kvadrat Dalğa və Kvadrat Kare Dalğa idarəetmə strategiyalarından istifadə edən Tək Fazlı İnverter tətbiq etdik. GreenPAK CMIC-lər, tək fazalı çeviricini tətbiq etmək üçün ənənəvi olaraq istifadə olunan mikro nəzarətçilərin və analoq sxemlərin rahat bir əvəzedicisi kimi çıxış edir. Bundan əlavə, GreenPAK CMIC -lər Üç Fazlı İnverter dizaynında potensiala malikdir.