Üç fazalı çevirici üçün qapı sürücüsü dövrəsi: 9 addım

2025 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2025-01-23 12:55

Bu layihə, əsasən bu yaxınlarda şöbəmiz üçün satın aldığımız SemiTeach adlı bir avadanlıq üçün Sürücü Dövrüdür. Cihazın şəkli göstərilir.

Bu sürücü sxemini 6 mosfete bağlamaq üç 120 dərəcə dəyişən AC gərginliyi yaradır. SemiTeach cihazı üçün diapazon 600 V -dir. Cihaz, həmçinin üç fazadan hər hansı birində səhv aşkar edildikdə aşağı vəziyyət verən daxili səhv çıxış terminallarına malikdir

İnverterlər, bir çox nəsil mənbələrinin DC gərginliyini təsirli ötürmə və paylama üçün AC gərginliklərinə çevirmək üçün Enerji Sənayesində istifadə olunur. Bundan əlavə, onlar fasiləsiz güc seriyasından (UPS) enerji çıxarmaq üçün də istifadə olunur. Dönüştürücülər, çevrilmə üçün dövrədə istifadə olunan Power Electronics açarlarını idarə etmək üçün bir Gate Driver Devresinə ehtiyac duyurlar. Qapı siqnallarının quraşdırıla biləcəyi bir çox növ var. Aşağıdakı hesabatda 180 dərəcə keçiricilikdən istifadə edərək üç fazalı çevirici üçün bir qapı sürücüsü dövrəsinin dizaynı və tətbiqi müzakirə olunur. Bu hesabat, bütün dizayn detallarının yazıldığı Gate Driver Circuitin dizaynına diqqət yetirir. Bundan əlavə, bu layihə səhv şəraitində mikrokontrolörün və dövrənin qorunmasını da əhatə edir. Dövrənin çıxışı Üç Fazlı İnverterin 3 ayağı üçün 6 PWM -dir.

Addım 1: Ədəbiyyata baxış

Enerji Sənayesində bir çox tətbiq, DC Voltajının Günəş Panellərinin Milli Şəbəkəyə qoşulması və ya AC cihazlarını gücləndirmək kimi AC gərginliyinə çevrilməsini tələb edir. DC -nin AC -yə çevrilməsi İnverterlərdən istifadə etməklə əldə edilir. Təchizat növündən asılı olaraq iki növ çevirici var: Tək Fazlı İnverter və Üç Fazlı İnverter. Tək Fazlı İnverter, DC gərginliyini giriş olaraq qəbul edir və Tək Fazlı AC Gərginliyinə çevirir, üç Fazlı İnverter çeviricisi DC Gerilimini Üç Fazlı AC Gərginliyinə çevirir.

Şəkil 1.1: Üç Fazlı İnverter

Üç fazalı bir inverter, yuxarıda göstərildiyi kimi, Gate Driver Circuits istifadə edərək PWM Siqnalları ilə idarə olunan 6 tranzistor açarından istifadə edir.

Üç fazalı balanslaşdırılmış bir çıxış əldə etmək üçün çeviricinin keçid siqnalları bir-birinə nisbətən 120 dərəcə bir faza fərqinə sahib olmalıdır. Bu dövrəni idarə etmək üçün iki növ Nəzarət Siqnalları tətbiq oluna bilər

• 180 dərəcə keçiricilik

• 120 dərəcə keçiricilik

180 dərəcə keçirmə rejimi

Bu rejimdə hər bir tranzistor 180 dərəcə açılır. İstənilən vaxt, hər bir şöbədə bir tranzistor olan üç tranzistor açıq qalır. Bir dövrədə altı iş rejimi var və hər bir rejim dövrün 60 dərəcəsi üçün işləyir. Üç fazalı balanslı bir təchizat əldə etmək üçün qapı siqnalları bir -birindən 60 dərəcə bir faza fərqi ilə köçürülür.

Şəkil 1.2: 180 dərəcə dirijor

120 dərəcə keçirmə rejimi

Bu rejimdə hər bir tranzistor 120 dərəcə açılır. Və istənilən vaxt yalnız iki tranzistor keçirir. Qeyd etmək lazımdır ki, istənilən vaxt, hər filialda yalnız bir tranzistor açılmalıdır. Balanslaşdırılmış üç fazalı AC çıxışı əldə etmək üçün PWM Siqnalları arasında 60 dərəcə bir faza fərqi olmalıdır.

Şəkil 1.3: 120 dərəcə keçiricilik

Ölü Zaman Nəzarəti

Alınması lazım olan çox vacib bir tədbir, bir ayaqda hər iki tranzistorun eyni vaxtda açılmamasıdır, əks halda DC Mənbə qısa qapanacaq və dövrə zədələnmişdir. Buna görə də, bir tranzistorun o dönüşü ilə digər tranzistorun açılması arasında çox qısa bir zaman aralığının əlavə edilməsi çox vacibdir.

Addım 2: Blok Şeması

Addım 3: Komponentlər

Bu bölmədə dizaynla bağlı detallar təqdim ediləcək və təhlil ediləcək.

Komponent siyahısı

• Optocoupler 4n35

• IR2110 sürücü IC

• Transistor 2N3904

• Diod (UF4007)

• Zener Diodları

• 5V rölesi

• VƏ Qapı 7408

• ATiny85

Optocoupler

4n35 optokupl, mikrokontrolörün qalan hissədən optik izolyasiyası üçün istifadə edilmişdir. Seçilən müqavimət formuluna əsaslanır:

Müqavimət = LedVoltage/CurrentRating

Müqavimət = 1.35V/13.5mA

Müqavimət = 100 ohm

Aşağıya doğru müqavimət göstərən çıxış müqaviməti, içərisində düzgün bir gərginlik inkişafı üçün 10k ohmdur.

IR 2110

Tipik olaraq MOSFET'ləri idarə etmək üçün istifadə olunan IC sürücülük qapısıdır. Tipik 2.5 A qaynağı və 14 Qurğuşun Qablaşdırma IC -də 2.5 A Alıcı cərəyanı olan 500 V Yüksək və Aşağı Yan Sürücü IC -dir.

Bootstrap kondansatörü

Sürücü IC -nin ən vacib komponenti ön yükləyici kondansatördür. Bootstrap kondansatörü bu yükü təmin etməli və tam gərginliyini saxlamalıdır, əks halda Vbsuv gərginliyində Vbsuv aşağı gərginlik kilidinin altına düşə biləcək və HO çıxışının işləməməsinə səbəb ola biləcək əhəmiyyətli miqdarda dalğalanma olacaq. Buna görə Cbs kondansatöründəki yük yuxarıda göstərilən dəyərdən ən azı iki dəfə çox olmalıdır. Minimum kondansatör dəyəri aşağıdakı tənlikdən hesablana bilər.

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

Halbuki

Vf = Bootstrap diodunda irəli gerilim düşməsi

VLS = FET -in aşağı tərəfində gərginlik düşməsi (və ya yüksək yan sürücü üçün yük)

VMin = VB ilə VS arasındakı minimum gərginlik

Qg = Yüksək tərəfli FET -in qapı yükü

F = Əməliyyat tezliyi

Icbs (sızma) = Bootstrap kondansatör sızma cərəyanı

Qls = bir dövr üçün tələb olunan səviyyə keçid yükü

47uF dəyərini seçdik.

Transistor 2N3904

2N3904, ümumi məqsədli aşağı güclü gücləndirici və ya dəyişdirmə tətbiqləri üçün istifadə olunan ümumi bir NPN bipolyar qovşaq tranzistorudur. Gücləndirici olaraq istifadə edildikdə 200 mA cərəyanı (mütləq maksimum) və 100 MHz qədər yüksək tezlikləri idarə edə bilir.

Diod (UF4007)

Yüksək müqavimət göstərən I tipli yarımkeçirici, əhəmiyyətli dərəcədə aşağı diod tutumu (Ct) təmin etmək üçün istifadə olunur. Nəticədə, PIN diodları irəli əyilmə ilə dəyişən bir müqavimət rolunu oynayır və əks tərəfli bir kondansatör kimi davranır. Yüksək tezlikli xüsusiyyətlər (aşağı tutum, siqnal xətlərinin minimal təsirini təmin edir) onları zəiflədicilər, yüksək tezlikli siqnal keçidləri (yəni antenə ehtiyacı olan cib telefonları) və AGC sxemləri də daxil olmaqla müxtəlif tətbiqlərdə dəyişkən müqavimət elementləri kimi istifadəyə yararlı edir.

Zener Diod

Zener diodu, normaldan fərqli olaraq, cərəyanın yalnız anodundan katotuna deyil, həm də Zener gərginliyinə çatdıqda əks istiqamətdə axmasına imkan verən xüsusi bir diod növüdür. Gərginlik tənzimləyicisi kimi istifadə olunur. Zener diodlarında yüksək qatqılı p-n qovşağı var. Normal diodlar da tərs bir gerilimlə parçalanacaq, ancaq dizin gərginliyi və kəskinliyi Zener diodunda olduğu kimi dəqiq müəyyən edilməmişdir. Həm də normal diodlar qəza bölgəsində çalışmaq üçün nəzərdə tutulmamışdır, lakin Zener diodları bu bölgədə etibarlı şəkildə işləyə bilər.

Relay

Röleler, dövrələri elektromekanik və ya elektron şəkildə açan və bağlayan açarlardır. Rölelər, başqa bir dövrədəki kontaktları açaraq bağlayaraq bir elektrik dövrəsini idarə edir. Bir röle kontağı normal olaraq açıq olduqda (NO), röle enerjisiz olduqda açıq bir əlaqə var. Bir röle kontağı Normalda Bağlandıqda (NC), röle enerjisiz olduqda qapalı bir əlaqə olur. Hər iki halda da kontaktlara elektrik cərəyanı tətbiq etmək onların vəziyyətini dəyişəcək

VƏ GATE 7408

Məntiq və Qapı, bütün girişləri YÜKSEK olduqda çıxışı YÜKSƏK məntiq səviyyəsinə 1 çıxan rəqəmsal məntiq qapısıdır.

ATiny85

8KB ISP kül yaddaşını, 512B EEPROM, 512-Byte SRAM, 6 ümumi təyinatlı I/O xəttini, 32 ümumi təyinatlı iş registrini, bir 8 bitlik taymer/sayğacı birləşdirən aşağı güclü Microchip 8-bit AVR RISC əsaslı mikro nəzarətçidir. müqayisə rejimləri ilə, bir 8 bit yüksək sürətli taymer/sayğac, USI, daxili və xarici fasilələr, 4 kanallı 10 bit A/D çevirici.

Addım 4: İşləmə və dövrə izahı

Bu bölmədə dövrə işini ətraflı izah edəcəyik.

PWM nəsli

PWM STM mikrokontrolöründən yaradılmışdır. TIM3, TIM4 və TIM5, 50 faizlik iş dövrü üç PWM yaratmaq üçün istifadə edilmişdir. Zaman gecikməsindən istifadə edərək 60 dərəcə faza dəyişikliyi üç PWM arasında birləşdirildi. 50 Hz PWM siqnalı üçün gecikməni hesablamaq üçün aşağıdakı metoddan istifadə edilmişdir

gecikmə = Zaman Dövrü ∗ 60/360

gecikmə = 20ms ∗ 60/360

gecikmə = 3.3 ms

Optocoupler istifadə edərək mikro nəzarətçi izolyasiyası

Mikrodenetleyici ilə dövrənin qalan hissəsi arasındakı izolyasiya 4n35 optocoupler istifadə edərək həyata keçirilmişdir. 4n35 izolyasiya gərginliyi təxminən 5000 V -dir. Mikro nəzarətçini tərs cərəyanlardan qorumaq üçün istifadə olunur. Bir mikro nəzarətçi mənfi gərginliyə dözə bilmədiyi üçün, mikro nəzarətçinin qorunması üçün optokupl istifadə olunur.

Gate Driving CircuitIR2110 sürücüsü IC, PWM -lərin MOSFET -lərə keçməsini təmin etmək üçün istifadə edilmişdir. IC girişində mikrokontrolördən PWM -lər təmin edilmişdir. IR2110 -un NOT Gate -də olması səbəbindən BJT Lin pininə çevirici kimi istifadə olunur. Daha sonra idarə olunacaq MOSFET -lərə tamamlayıcı PWM -lər verir

Hata Algılama

SemiTeach modulunda, ümumiyyətlə 15 V -də YÜKSƏK olan 3 səhv sancağı var. Dövrdə hər hansı bir səhv olduqda, pinlərdən biri LOW səviyyəsinə keçir. Dövrə komponentlərinin qorunması üçün, səhv şəraitində dövrə kəsilməlidir. AND Gate, ATiny85 Microcontroller və 5 V Relay istifadə edərək həyata keçirildi. AND Gate -dən istifadə

AND Gate girişi normal vəziyyətdə YÜKSƏK vəziyyətdə olan 3 səhv pinidir, buna görə AND Gate -in çıxışı normal şəraitdə YÜKSƏKdir. Bir səhv olduğu anda, pinlər 0 V -ə gedir və buna görə AND Gate -in çıxışı LOW olur. Bu, dövrədə bir səhv olub olmadığını yoxlamaq üçün istifadə edilə bilər. AND Gate -ə Vcc bir Zener Diodu ilə təmin edilir.

ATiny85 vasitəsilə Vcc kəsilməsi

AND Gate çıxışı hər hansı bir səhv olduğu anda kəsilmə yaradan ATiny85 Mikrokontrolörünə verilir. Bu, ATiny85 istisna olmaqla bütün komponentlərin Vcc -ni kəsən Relay -ı daha da idarə edir.

Addım 5: Simulyasiya

Simulyasiya üçün, Proteus -da mövcud olmadığı üçün STMf401 modelindən çox, Proteusdakı funksiya generatorunun PWM -lərindən istifadə etdik. Mikro nəzarətçi ilə dövrənin qalan hissəsi arasındakı izolyasiya üçün Opto-Coupler 4n35 istifadə etdik. IR2103, simulyasiyalarda bizə tamamlayıcı PWM verən cərəyan gücləndiricisi kimi istifadə olunur.

Şematik diaqram Şematik diaqram aşağıdakı kimi verilir:

Yüksək Yan Çıxış Bu çıxış HO və Vs arasındadır. Aşağıdakı şəkil üç yüksək tərəfli PWM -in çıxışını göstərir.

Aşağı Yan Çıxış Bu çıxış LO və COM arasındadır. Aşağıdakı şəkil üç yüksək tərəfli PWM -in çıxışını göstərir.

Addım 6: Şematik və PCB Layout

Proteus -da yaradılmış sxematik və PCB düzeni göstərilmişdir

Addım 7: Avadanlıq Nəticələri

Tamamlayıcı PWM -lər

Aşağıdakı şəkil, tamamlayıcı olan IR2110 -dan birinin çıxışını göstərir

A və B Faza PWM

A və B fazaları 60 dərəcə faza dəyişir. Şəkildə göstərilir

A və C Faza PWM

A və C fazı -60 dərəcə faza dəyişir. Şəkildə göstərilir

Addım 8: Kodlaşdırma

Kod Atollic TrueStudio -da hazırlanmışdır. Atollic qurmaq üçün əvvəlki dərslərimə baxa və ya onlayn yükləyə bilərsiniz.

Tam layihə əlavə edildi.

Addım 9: Təşəkkürlər

Ənənəmdən sonra bu möhtəşəm layihəni başa çatdırmağımda mənə kömək edən qrup üzvlərimə təşəkkürümü bildirirəm.

Ümid edirəm bu təlimat sizə kömək edir.

Bu men imza atiram:)

Hörmətlə

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistan