מעגל נהג שער לממיר תלת פאזי: 9 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

פרויקט זה הוא בעצם מעגל נהגים לציוד בשם SemiTeach שרכשנו לאחרונה עבור המחלקה שלנו. תמונת המכשיר מוצגת.

חיבור מעגל הנהג הזה ל -6 משניות מייצר שלושה מתח AC המוזל 120 מעלות. הטווח הוא 600 V למכשיר SemiTeach. המכשיר כולל גם מסופי פלט שגיאות מובנים המעניקים מצב נמוך בעת זיהוי שגיאה בכל אחד משלושת השלבים

ממירים משמשים בדרך כלל בתעשיית החשמל להמרת מתח DC של מקורות דור רבים למתח AC לצורך שידור והפצה. פרווה תרמית, הם משמשים גם להפקת אנרגיה מסדרת כוח ללא הפרעה (UPS). ממירים זקוקים למעגל Driver Driver כדי להניע את מתגי Power Electronics המשמשים במעגל לצורך ההמרה. ישנם סוגים רבים של אותות שער שניתן ליישם. הדו"ח הבא דן בתכנון וביישום של מעגל נהג שער לממיר תלת פאזי באמצעות הובלה של 180 מעלות. דו"ח זה מתמקד בעיצוב מעגל הנהג Gate שבו נכתבו פרטי העיצוב המלאים. יתר על כן, פרויקט זה מכיל גם את ההגנה על המיקרו -בקר והמעגל במהלך תנאי השגיאה. תפוקת המעגל היא 6 PWMs עבור 3 רגליים של מהפך תלת פאזי.

שלב 1: סקירת ספרות

יישומים רבים בתעשיית החשמל דורשים המרה של מתח DC למתח AC כגון חיבור פאנלים סולאריים לרשת הלאומית או התקני AC. המרה זו של DC ל- AC מושגת באמצעות ממירים. בהתבסס על סוג ההיצע, ישנם שני סוגים של ממירים: מהפך חד פאזי וממיר תלת פאזי. מהפך חד פאזי לוקח את מתח DC ככניסה וממיר אותו למתח AC חד פאזי בעוד ממיר תלת פאזי ממיר את מתח DC לשלוש שלבים AC.

איור 1.1: מהפך תלת פאזי

מהפך תלת פאזי משתמש ב- 6 מתגי טרנזיסטור כפי שמוצג לעיל, המונעים על ידי אותות PWM באמצעות מעגלי מנהלי התקנים של שער.

אותות הגייטינג של המהפך צריכים להיות בעלי הפרשת פאזה של 120 מעלות ביחס אחד לשני כדי לרכוש פלט מאוזן תלת פאזי. ניתן להפעיל שני סוגים של אותות בקרה להפעלת מעגל זה

• הולכה של 180 מעלות

• הולכה של 120 מעלות

מצב הולכה של 180 מעלות

במצב זה, כל טרנזיסטור מופעל במשך 180 מעלות. ובכל עת, שלושה טרנזיסטורים נותרו דולקים, טרנזיסטור אחד בכל ענף. במחזור אחד, ישנם שישה מצבי פעולה וכל מצב פועל במשך 60 מעלות של המחזור. אותות השער מועברים זה מזה בהפרש פאזה של 60 מעלות כדי להשיג אספקה מאוזנת משולשת.

איור 1.2: מנצח 180 מעלות

מצב הולכה של 120 מעלות

במצב זה, כל טרנזיסטור מופעל למשך 120 מעלות. ובכל זמן, רק שני טרנזיסטורים מוליכים. יש לציין כי בכל עת, בכל ענף, צריך להיות רק טרנזיסטור אחד. צריכה להיות הבדל פאזה של 60 מעלות בין אותות PWM בכדי לקבל פלט AC תלת פאזי מאוזן.

איור 1.3: הולכה של 120 מעלות

בקרת זמן מת

אמצעי זהירות חשוב מאוד שיש לנקוט הוא כי ברגל אחת, שני הטרנזיסטורים לא צריכים להיות מופעלים בו זמנית אחרת מקור DC יקצר והמעגל ניזוק. לכן, חיוני מאוד להוסיף מרווח זמן קצר מאוד בין הפעלת ff של טרנזיסטור אחד לבין הפעלת הטרנזיסטור השני.

שלב 2: חסום תרשים

שלב 3: רכיבים

בחלק זה יוצגו פרטים אודות העיצוב וינותחו.

רשימת רכיבים

• Optocoupler 4n35

• IC מנהל התקן IR2110

• טרנזיסטור 2N3904

• דיודה (UF4007)

• דיודות זנר

• ממסר 5V

• ושער 7408

• ATiny85

מחבר אופטי

מצמד אופטי 4n35 שימש לבידוד אופטי של המיקרו -בקר משאר המעגלים. ההתנגדות שנבחרה מבוססת על הנוסחה:

התנגדות = LedVoltage/CurrentRating

עמידות = 1.35V/13.5mA

התנגדות = 100 אוהם

התנגדות הפלט המשמשת כהתנגדות למטה היא 10k אוהם לפיתוח מתח תקין על פניו.

IR 2110

זהו כונן IC המשמש בדרך כלל לנהוג ב- MOSFET. זהו 500V גבוה ודירוג צד נהג צדדי עם מקור טיפוסי של 2.5A וזרם כיור של 2.5A ב- 14 IC אריזה עופרת.

קבל אתחול

המרכיב החשוב ביותר ב- IC הנהג הוא קבל ה- bootstrap. קבל ה- bootstrap חייב להיות מסוגל לספק את המטען הזה ולשמור על מלוא המתח שלו, אחרת תהיה כמות אדירה משמעותית של מתח Vbs שעלולה לרדת מתחת לנעילת תת -מתח Vbsuv ולגרום ליציאת HO להפסיק לתפקד. לכן המטען בקבל ה- Cbs חייב להיות מינימום כפול מהערך הנ ל. ניתן לחשב את ערך הקבל המינימלי מהמשוואה שלהלן.

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

ואילו

Vf = ירידת מתח קדימה על פני דיודת רצועת האתחול

VLS = ירידת מתח על פני FET בצד הנמוך (או עומס עבור נהג צד גבוה)

VMin = מתח מינימלי בין VB ל- VS

Qg = מטען שער של FET בצד גבוה

F = תדירות הפעולה

Icbs (דליפה) = זרם דליפה של קבלים Bootstrap

Qls = נדרשת תשלום משמרת רמה לכל מחזור

בחרנו ערך של 47uF.

טרנזיסטור 2N3904

2N3904 הוא טרנזיסטור צומת דו קוטבי NPN נפוץ המשמש ליישומי הגברה או החלפה של הספק נמוך. הוא יכול להתמודד עם 200 mA זרם (מקסימום מוחלט) ותדרים גבוהים עד 100 מגה -הרץ כאשר הוא משמש כמגבר.

דיודה (UF4007)

מוליך למחצה מסוג I בעל התנגדות גבוהה משמש כדי לספק קיבול דיודה נמוך משמעותית (Ct). כתוצאה מכך, דיודות PIN פועלות כנגד משתנה עם הטייה קדימה ומתנהגות כקבל בעל הטייה הפוכה. מאפייני תדרים גבוהים (קיבול נמוך מבטיח השפעה מינימלית של קווי האות) הופכים אותם מתאימים לשימוש כאלמנטים של נגדים משתנים במגוון רחב של יישומים, כולל מחלישים, החלפת אותות בתדר גבוה (כלומר טלפונים ניידים הדורשים אנטנה) ומעגלי AGC.

דיודת זנר

דיודת זנר היא סוג מסוים של דיודה, שבניגוד לדודה רגילה, מאפשרת לזרם לזרום לא רק מהאנודה שלה לקתודה שלה, אלא גם בכיוון ההפוך, כאשר מגיעים למתח הזנר. הוא משמש כווסת מתח. לדיודות זנר יש צומת p-n מסוממת מאוד. דיודות רגילות יתפרקו גם הן עם מתח הפוך אך המתח וחדות הברך אינם מוגדרים היטב כמו עבור דיודת זנר. כמו כן דיודות רגילות אינן מיועדות לפעול באזור התמוטטות, אך דיודות זנר יכולות לפעול באופן אמין באזור זה.

ממסר

ממסרים הם מתגים הפותחים וסוגרים מעגלים אלקטרומכניים או אלקטרוניים. ממסרים שולטים במעגל חשמלי אחד על ידי פתיחה וסגירה של אנשי קשר במעגל אחר. כאשר מגע ממסר פתוח בדרך כלל (NO), יש מגע פתוח כאשר הממסר אינו מופעל. כאשר איש קשר ממסר סגור בדרך כלל (NC), קיים מגע סגור כאשר הממסר אינו מופעל. בכל מקרה, החלת זרם חשמלי על אנשי הקשר תשנה את מצבם

ו- GATE 7408

שער לוגיקה AND הוא סוג של שער לוגיקה דיגיטלית שפלטו עולה גבוה לרמת לוגיקה 1 כאשר כל תשומותיו גבוהות

ATiny85

זהו שבב מיקרו-שבב 8 סיביות מבוסס AVR RISC המבוסס על צריכת חשמל, המשלב זיכרון 8KB ISP, 512B EEPROM, 512 בייט SRAM, 6 קווי I/O למטרות כלליות, 32 רגיסי עבודה כלליים, טיימר/מונה אחד של 8 סיביות. עם מצבי השוואה, טיימר/מונה אחד במהירות 8 סיביות, USI, הפרעות פנימיות וחיצוניות, ממיר A/D של 4 ערוצים.

שלב 4: עבודה ומעגל מוסברים

בחלק זה עבודת המעגל תוסבר בפירוט.

דור PWM

PWM נוצר מתוך מיקרו -בקר STM. TIM3, TIM4 ו- TIM5 שימשו ליצירת שלושה PWM של 50 אחוז מחזור עבודה. משמרת הפאזה של 60 מעלות שולבה בין שלושה PWM באמצעות עיכוב זמן. עבור אות PWM של 50 הרץ, השיטה הבאה שימשה לחישוב העיכוב

עיכוב = זמן פרק ∗ 60/360

עיכוב = 20ms ∗ 60/360

עיכוב = 3.3 ms

בידוד מיקרו -בקר באמצעות אופטוקופלר

הבידוד בין המיקרו -בקר לבין שאר המעגלים נעשה באמצעות optocoupler 4n35. מתח הבידוד של 4n35 הוא כ 5000 V. הוא משמש להגנה על המיקרו -בקר מפני הזרמים ההפוכים. מכיוון שמיקרו -בקר אינו יכול לשאת מתח שלילי, מכאן, להגנה על המיקרו -בקר, נעשה שימוש במצלם אופטי.

Gate Driving Circuit IR2110 נהג IC שימש למתן החלפת PWM ל- MOSFETs. PWMs מהמיקרו -בקר ניתנו בכניסה של ה- IC. מכיוון שאין ל- IR2110 את ה- NOT Gate המובנה ולכן BJT משמש כממיר לסיכה לין. לאחר מכן הוא נותן את ה- PWM המשלימים ל- MOSFET אותם יש להניע

זיהוי שגיאה

במודול SemiTeach יש 3 סיכות שגיאה שהן בדרך כלל גבוהות ב- 15 V. בכל פעם שיש שגיאה במעגל, אחד הפינים עובר לרמה נמוכה. להגנה על רכיבי המעגל, יש לנתק את המעגל במהלך תנאי שגיאה. הדבר הושג באמצעות AND Gate, מיקרו -בקר ATiny85 וממסר 5 V. שימוש ב- AND Gate

הקלט לשער AND הם 3 סיכות שגיאה הנמצאות במצב HIGH במצב רגיל ולכן הפלט של AND Gate הוא HIGH בתנאים רגילים. ברגע שיש שגיאה, אחד הפינים עולים ל- 0 V ומכאן שהפלט של ה- AND Gate יורד. זה יכול לשמש כדי לבדוק אם יש שגיאה במעגל או לא. ה- Vcc לשער AND מסופק באמצעות דיודת זנר.

חיתוך ה- Vcc דרך ATiny85

פלט ה- AND Gate מוזרם לבקר המיקרו ATiny85 אשר מייצר הפסקה ברגע שישנה שגיאה. זה מניע עוד יותר את הממסר שמנתק את ה- Vcc של כל הרכיבים למעט ATiny85.

שלב 5: סימולציה

לצורך ההדמיה, השתמשנו ב- PWM ממחולל הפונקציות במודל Proteus ולא ב- STMf401 מכיוון שהוא אינו זמין ב- Proteus. השתמשנו ב- Opto-Coupler 4n35 לבידוד בין בקר מיקרו לשאר המעגל. IR2103 משמש בסימולציות כמגבר זרם המעניק לנו PWM משלימים.

תרשים סכמטי התרשים הסכימטי ניתן כדלקמן:

פלט צד גבוה פלט זה הוא בין HO לבין Vs. הדף הבא מראה את הפלט של שלושת ה- PWM הצדדים הגבוהים.

פלט צד נמוך פלט זה הוא בין LO ו- COM. הדף הבא מראה את הפלט של שלושת ה- PWM הצדדים הגבוהים.

שלב 6: פריסה סכמטית ו- PCB

הוכח הפריסה הסכימטית וה- PCB שנוצרה ב- Proteus

שלב 7: תוצאות חומרה

PWM משלימים

הדמות הבאה מציגה את הפלט של אחד מה- IR2110 שהוא משלים

PWM משלב A ו- B

השלב A ו- B של הם תזוזה פאזה של 60 מעלות. זה מוצג בתמונה

PWM משלב A ו- C

השלב A ו- C של הזזת פאזה -60 מעלות. זה מוצג בתמונה

שלב 8: קידוד

הקוד פותח ב- Atollic TrueStudio. כדי להתקין את Atollic אתה יכול לצפות בהדרכות הקודמות שלי או להוריד באינטרנט.

הפרויקט השלם נוסף.

שלב 9: תודה

בהתאם למסורת שלי אני רוצה להודות לחברי הקבוצה שעזרו לי בהשלמת הפרויקט המדהים הזה.

מקווה שהמדריך הזה עוזר לך.

זה אני מתנתק:)

כל טוב

טאהיר אול האק

EE, UET LHR פקיסטן