Гурван фазын хөрвүүлэгчийн хаалганы жолоочийн хэлхээ: 9 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

Энэ төсөл нь үндсэндээ манай хэлтэст саяхан худалдаж авсан SemiTeach нэртэй төхөөрөмжийн жолоочийн хэлхээ юм. Төхөөрөмжийн зургийг харуулав.

Энэхүү драйверийн хэлхээг 6 шумуултай холбосноор 120 градусын гурван ээлжээр солигддог AC хүчдэл үүснэ. SemiTeach төхөөрөмжийн хувьд 600 В хүчдэлтэй байна. Төхөөрөмж нь гурван фазын аль нэгэнд алдаа илрүүлэх үед бага төлөв өгдөг алдааны гаралтын терминалуудтай

Ихэнх үеийн эх үүсвэрүүдийн тогтмол гүйдлийн хүчдэлийг үр ашигтай дамжуулах, түгээх зорилгоор хувьсах гүйдлийн хүчдэл болгон хувиргахын тулд цахилгаан эрчим хүчний салбарт инвертерийг ихэвчлэн ашигладаг. Үүнээс гадна тэдгээрийг тасралтгүй цахилгаан цувралаас (UPS) эрчим хүч гаргаж авахад ашигладаг. Хөрвүүлэх хэлхээнд ашигладаг Power Electronics унтраалгыг жолоодохын тулд инвертерүүдэд Хаалганы жолоочийн хэлхээ хэрэгтэй. Олон төрлийн хаалганы дохио байдаг. Дараахь тайланд 180 градусын дамжуулалтыг ашиглан гурван фазын инвертерт зориулсан хаалганы драйверийн хэлхээний дизайн, хэрэгжилтийн талаар ярилцана. Энэхүү тайланд дизайны дэлгэрэнгүй мэдээллийг бичсэн Gate Driver Circuit -ийн дизайнд анхаарлаа хандуулсан болно. Цаашилбал, энэхүү төсөл нь алдааны нөхцөлд микроконтроллер ба хэлхээний хамгаалалтыг багтаасан болно. Гурван фазын инвертерийн 3 хөлийн хэлхээний гаралт нь 6 ХБХ юм.

Алхам 1: Уран зохиолын тойм

Эрчим хүчний салбарын олон хэрэглээнд тогтмол хүчдэлийг нарны хавтанг үндэсний сүлжээнд холбох эсвэл хувьсах гүйдлийн төхөөрөмжийг хүчдэл болгон хувиргах шаардлагатай байдаг. DC -ийг AC болгон хувиргах ажлыг Inverter ашиглан гүйцэтгэдэг. Нийлүүлэлтийн төрлөөс хамааран нэг фазын инвертер ба гурван фазын инвертер гэсэн хоёр төрөл байдаг. Нэг фазын инвертер нь тогтмол гүйдлийн хүчдэлийг оролт болгон авч, нэг фазын хувьсах гүйдлийн хүчдэл болгон хувиргадаг бол гурван фазын хөрвүүлэгч нь тогтмол гүйдлийн хүчдэлийг гурван фазын хувьсах гүйдлийн хүчдэл болгон хувиргадаг.

Зураг 1.1: Гурван фазын инвертер

Гурван фазын инвертер дээр дээр үзүүлсэн 6 транзисторын унтраалга ажилладаг бөгөөд Хаалганы драйверын хэлхээг ашиглан ХОУХ -ны дохиогоор удирддаг.

Гурван фазын тэнцвэртэй гаралтыг олж авахын тулд Inverter-ийн Gating Signals нь бие биенээсээ 120 градусын фазын ялгаатай байх ёстой. Энэ хэлхээг ажиллуулахын тулд хоёр төрлийн хяналтын дохиог ашиглаж болно

• 180 градусын дамжуулалт

• 120 градусын дамжуулалт

180 градусын дамжуулах горим

Энэ горимд транзистор бүр 180 градусаар асдаг. Ямар ч үед гурван транзистор асаалттай хэвээр үлддэг бөгөөд салбар бүрт нэг транзистор байдаг. Нэг мөчлөгт ажиллах зургаан горим байдаг бөгөөд горим бүр нь мөчлөгийн 60 градусын турш ажилладаг. Гурван фазын тэнцвэртэй хангамжийг олж авахын тулд хаалганы дохиог бие биенээсээ 60 градусын фазын зөрүүгээр шилжүүлдэг.

Зураг 1.2: 180 градусын дамжуулалт

120 градусын дамжуулах горим

Энэ горимд транзистор бүр 120 градусаар асдаг. Ямар ч үед зөвхөн хоёр транзистор дамжуулдаг. Аль ч үед салбар бүрт зөвхөн нэг транзистор асаалттай байх ёстой гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Гурван фазын AC тэнцвэртэй гаралтыг авахын тулд ХОУХ -ны дохионуудын хооронд 60 градусын фазын ялгаа байх ёстой.

Зураг 1.3: 120 градусын дамжуулалт

Dead Time Control

Анхаарах нэг чухал арга хэмжээ бол нэг хөлөөрөө транзистор хоёулаа зэрэг асахгүй байх ёстой, эс тэгвээс DC эх үүсвэр богино холболт үүсгэж, хэлхээ эвдэрнэ. Тиймээс нэг транзисторын эргэлт ба нөгөө транзисторын асаах хооронд маш богино хугацааны интервал нэмэх нь маш чухал юм.

Алхам 2: Блок диаграм

Алхам 3: бүрэлдэхүүн хэсгүүд

Энэ хэсэгт дизайны талаархи дэлгэрэнгүй мэдээллийг танилцуулж, дүн шинжилгээ хийх болно.

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн жагсаалт

• Optocoupler 4n35

• IR2110 драйвер IC

• Транзистор 2N3904

• Диод (UF4007)

• Zener диод

• 5В реле

• БА Хаалга 7408

• ATiny85

Optocoupler

4n35 оптик холбогчийг хэлхээний бусад хэсгээс микроконтроллерыг оптик тусгаарлахад ашигладаг. Сонгосон эсэргүүцлийг дараахь томъёогоор тооцоолно.

Эсэргүүцэл = LedVoltage/CurrentRating

Эсэргүүцэл = 1.35V/13.5mA

Эсэргүүцэл = 100 Ом

Татах эсэргүүцэл нь хүчдэлийг зохих ёсоор хөгжүүлэхийн тулд 10 к ом байна.

IR 2110

Энэ нь ихэвчлэн MOSFET -ийг жолоодоход ашигладаг IC жолоодлогын хаалга юм. Энэ нь 25 хар тугалга бүхий савлагааны 2.5 А эх үүсвэр ба 2.5 А угаалтуурын гүйдэл бүхий 500 В -ийн өндөр ба доод талын драйвер IC юм.

Bootstrap конденсатор

IC драйверын хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг бол bootstrap конденсатор юм. Ачаалах конденсатор нь энэ цэнэгийг хангаж, хүчдэлээ бүрэн хадгалах чадвартай байх ёстой, эс тэгвээс Vbs хүчдэл дээр Vbsuv -ийн бага хүчдэлийн түгжээнээс доогуур унаж, HO гаралтыг ажиллуулахад хүргэж болзошгүй их хэмжээний долгион үүсэх болно. Тиймээс Cbs конденсаторын цэнэг нь дээрх утгаас дор хаяж хоёр дахин их байх ёстой. Конденсаторын хамгийн бага утгыг доорх тэгшитгэлээр тооцоолж болно.

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

Хаана

Vf = Ачаалах диод дээрх хүчдэлийн урагшлах уналт

VLS = FET -ийн доод талын хүчдэлийн бууралт (эсвэл өндөр талын жолоочийн ачаалал)

VMin = VB ба VS хоорондох хамгийн бага хүчдэл

Qg = Өндөр талын FET -ийн хаалганы төлбөр

F = Үйл ажиллагааны давтамж

Icbs (гоожих) = Bootstrap конденсаторын алдагдлын гүйдэл

Qls = нэг ээлжинд шаардагдах түвшний ээлжийн төлбөр

Бид 47uF -ийн утгыг сонгосон.

Транзистор 2N3904

2N3904 нь ерөнхий зориулалттай бага чадлын өсгөлт эсвэл сэлгэн залгах зориулалттай NPN хоёр туйлт уулзвар транзистор юм. Энэ нь 200 мА гүйдэл (хамгийн их үнэмлэхүй) ба 100 МГц хүртэл давтамжийг өсгөгч болгон ашиглах боломжтой.

Диод (UF4007)

Өндөр эсэргүүцэлтэй I хэлбэрийн хагас дамжуулагчийг диодын багтаамжийг (Ct) мэдэгдэхүйц хангах зорилгоор ашигладаг. Үүний үр дүнд PIN диодууд нь урвуу хазайлттай хувьсах эсэргүүцэл болж, урвуу хазайлттай конденсатор шиг ажилладаг. Өндөр давтамжийн шинж чанарууд (бага багтаамж нь дохионы шугамын хамгийн бага нөлөөллийг хангадаг) нь тэдгээрийг сааруулагч, өндөр давтамжийн дохио солих (антен шаарддаг гар утас), AGC хэлхээ гэх мэт олон төрлийн хэрэглээнд хувьсах эсэргүүцлийн элемент болгон ашиглахад тохиромжтой болгодог.

Zener Diode

Зенер диод бол ердийн диодоос ялгаатай нь зөвхөн анодоос катод руу гүйхээс гадна Zener хүчдэлд хүрэх үед урвуу чиглэлд гүйдэл дамжуулах боломжийг олгодог тусгай диод юм. Үүнийг хүчдэлийн зохицуулагч болгон ашигладаг. Zener диодууд нь допинг ихтэй p-n уулзвартай байдаг. Ердийн диодууд нь урвуу хүчдэлээр задардаг боловч өвдөгний хүчдэл ба хурц байдал нь Зенер диодтой адил сайн тодорхойлогддоггүй. Мөн ердийн диодууд нь эвдрэлийн бүсэд ажиллах зориулалттай биш боловч Зенер диодууд энэ бүсэд найдвартай ажиллах боломжтой.

Реле

Реле гэдэг нь хэлхээг цахилгаан механик эсвэл электрон хэлбэрээр нээж, хаадаг унтраалга юм. Релей нь өөр хэлхээний контактуудыг нээх, хаах замаар нэг цахилгаан хэлхээг хянадаг. Релений контакт нь ихэвчлэн нээлттэй (NO) байх үед реле асахгүй бол нээлттэй контакт байдаг. Релений контакт нь Хэвийн Хаалттай (Сүлжээний Холболт) байх үед реле асахгүй бол хаалттай холбоо үүснэ. Аль ч тохиолдолд контактуудад цахилгаан гүйдэл оруулах нь тэдний төлөв байдлыг өөрчлөх болно

БА ХААЛГА 7408

Логик ба гарц бол бүх оролт нь өндөр байх үед гаралт нь 1 -р логик түвшинд хүрэх дижитал логик хаалганы төрөл юм.

ATiny85

Энэ нь 8KB ISP fl үнс санах ой, 512B EEPROM, 512 байт SRAM, 6 ерөнхий зориулалттай I/O шугам, 32 ерөнхий зориулалтын ажлын регистр, нэг 8 битийн таймер/тоолуурыг хослуулсан бага хүчин чадалтай Microchip 8 битийн AVR RISC дээр суурилсан микроконтроллер юм. харьцуулах горим, нэг 8 битийн өндөр хурдтай таймер/тоолуур, USI, дотоод болон гадаад тасалдал, 4 сувгийн 10 битийн A/D хөрвүүлэгч.

Алхам 4: Ажиллах болон хэлхээг тайлбарлах

Энэ хэсэгт хэлхээний ажлыг нарийвчлан тайлбарлах болно.

ХБХ -ийн үе

ХОУХ -ийг STM микроконтроллероос үүсгэсэн. TIM3, TIM4, TIM5 нь 50 хувийн үүргийн гурван ХОУХ -ийг бий болгоход ашиглагддаг. 60 градусын фазын шилжилтийг цаг хугацааны хоцролтыг ашиглан гурван ХБХ -ны хооронд оруулсан болно. 50 Гц ХОУХ -ны дохионы хувьд хоцролтыг тооцоолохдоо дараах аргыг ашигласан болно

саатал = TimePeriod ∗ 60/360

саатал = 20ms ∗ 60/360

саатал = 3.3 мс

Optocoupler ашиглан микроконтроллерийн тусгаарлалт

Микроконтроллер ба бусад хэлхээний хоорондох тусгаарлалтыг optocoupler 4n35 ашиглан хийсэн. 4n35 -ийн тусгаарлах хүчдэл нь ойролцоогоор 5000 В. Энэ нь микроконтроллерийг урвуу урсгалаас хамгаалахад ашигладаг. Микроконтроллер нь сөрөг хүчдэлийг тэсвэрлэх чадваргүй тул микроконтроллерийг хамгаалахын тулд оптик холбогчийг ашигладаг.

Gate Driving CircuitIR2110 драйвер IC нь ХОУХ -ийг MOSFET -т шилжүүлэхэд ашиглагддаг. IC -ийн оролт дээр микроконтроллерийн ХОУХ -ийг өгсөн болно. IR2110 нь NOT Gate -д суурилагдаагүй тул BJT -ийг Лин зүү рүү хөрвүүлэгч болгон ашигладаг. Дараа нь жолоодох ёстой MOSFET -т нэмэлт ХБХ -ийг өгдөг

Алдаа илрүүлэх

SemiTeach модуль нь 3 алдааны голтой бөгөөд ихэвчлэн 15 В -т өндөр байдаг. Хэлхээнд ямар нэгэн алдаа гарсан тохиолдолд нэг тээглүүр нь LOW түвшинд очдог. Хэлхээний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хамгаалахын тулд алдааны үед хэлхээг таслах ёстой. Үүнийг AND Gate, ATiny85 микроконтроллер, 5 В реле ашиглан гүйцэтгэсэн. AND Gate -ийн хэрэглээ

AND Gate -ийн оролт нь 3 алдааны зүү бөгөөд тэдгээр нь хэвийн нөхцөлд өндөр төлөвт байдаг тул AND Gate -ийн гаралт нь хэвийн нөхцөлд өндөр байдаг. Алдаа гарсан даруйд нэг тээглүүр нь 0 В -т хүрч, AND Gate -ийн гаралт бага байна. Үүнийг ашиглан хэлхээнд алдаа гарсан эсэхийг шалгаж болно. AND Gate руу Vcc -ийг Zener диодоор хангадаг.

ATiny85 -ээр дамжуулан Vcc огтлох

AND Gate -ийн гаралтыг ATiny85 микроконтроллерт өгдөг бөгөөд энэ нь ямар нэгэн алдаа гарсан даруйд тасалдал үүсгэдэг. Энэ нь ATiny85 -аас бусад бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн Vcc -ийг бууруулдаг релейг жолооддог.

Алхам 5: Симуляци

Симуляцийн хувьд бид STMf401 загвараас илүү Proteus дахь функциональ генераторын ХБХ -ийг ашигладаг байсан тул Proteus дээр байдаггүй. Бид Opto-Coupler 4n35-ийг микро хянагч болон хэлхээний бусад хэсгүүдийг тусгаарлахад ашигласан. IR2103 -ийг симуляцид одоогийн ХШУ -ыг нэмж өгдөг одоогийн өсгөгч болгон ашигладаг.

Схемийн диаграммыг дараах байдлаар үзүүлэв.

Өндөр талын гаралт Энэ гаралт нь HO ба Vs. хооронд байна. Дараахь дүрслэлд өндөр талын гурван ХБХ -ийн гаралтыг харуулав.

Бага талын гаралт Энэ гаралт нь LO ба COM хооронд байна. Дараахь дүрслэлд өндөр талын гурван ХБХ -ийн гаралтыг харуулав.

Алхам 6: Схем ба ПХБ -ийн зохион байгуулалт

Proteus дээр бүтээсэн схем ба ПХБ -ийн схемийг үзүүлэв

Алхам 7: Тоног төхөөрөмжийн үр дүн

Нэмэлт ХБХ

Дараах зураг нь IR2110 -ийн аль нэгийг нөхөж болох гаралтыг харуулав

А ба В шатны ХБХ

А ба В үе шат нь 60 градусын фазын шилжилт юм. Үүнийг зурагт үзүүлэв

A ба C үе шатны ХБХ

А ба С фазууд -60 градусын фазын шилжилт. Үүнийг зурагт үзүүлэв

Алхам 8: Кодлох

Кодыг Atollic TrueStudio дээр боловсруулсан болно. Atollic -ийг суулгахын тулд та миний өмнөх хичээлүүдийг үзэх эсвэл онлайнаар татаж авах боломжтой.

Бүрэн төслийг нэмж оруулсан болно.

Алхам 9: Баярлалаа

Уламжлал ёсоороо энэхүү гайхалтай төслийг дуусгахад тусалсан бүлгийн гишүүддээ баярлалаа гэж хэлмээр байна.

Энэхүү зааварчилгаа танд тусалсан гэж найдаж байна.

Энэ бол би гарын үсэг зурж байна:)

Хүндэтгэсэн

Тахир Ул Хак

EE, UET LHR Пакистан