Gate Driver Circuit vir driefase -omskakelaar: 9 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Hierdie projek is basies 'n bestuurdersbaan vir 'n toerusting genaamd SemiTeach wat ons onlangs vir ons afdeling gekoop het. Die beeld van die toestel word gewys.

As u hierdie dryfkring met 6 mosfets verbind, genereer drie 120 grade verskuifde AC -spannings. Bereik is 600 V vir die SemiTeach -toestel. Die toestel het ook ingeboude foutuitsetterminale wat 'n lae toestand gee wanneer 'n fout in enige van die drie fases opgespoor word

Omsetters word algemeen in die kragbedryf gebruik om die GS -spanning van baie generasie bronne om te skakel na wisselspanning vir effektiewe transmissie en verspreiding. Boonop word dit ook gebruik om energie uit die Uninterruptable Power Series (UPS) te onttrek. Omvormers benodig 'n Gate Driver Circuit om die Power Electronics -skakelaars aan te skakel wat in die kring gebruik word vir die omskakeling. Daar is baie soorte poortseine wat geïmplementeer kan word. Die volgende verslag bespreek die ontwerp en implementering van 'n Gate Driver Circuit vir 'n driefase -omvormer met behulp van 180 grade geleiding. Hierdie verslag fokus op die ontwerp van die Gate Driver Circuit waarin die volledige ontwerpbesonderhede geskryf is. Verder bevat hierdie projek ook die beskerming van die mikrobeheerder en die stroombaan tydens die fouttoestande. Die uitset van die stroombaan is 6 PWM's vir 3 bene van die driefase -omvormer.

Stap 1: Literatuuroorsig

Baie toepassings in die kragbedryf vereis die omskakeling van GS -spanning na wisselspanning, soos die aansluiting van sonpanele op die nasionale netwerk of om wisselstroomtoestelle aan te skakel. Hierdie omskakeling van GS na WS word bereik met behulp van omsetters. Afhangende van die tipe toevoer, is daar twee tipes omvormers: enkelfase -omvormer en driefase -omvormer. 'N Enkelfase -omskakelaar neem die GS -spanning as inset en skakel dit om na 'n enkelfase -wisselspanning, terwyl 'n driefase -omskakelaar -omskakelaar die GS -spanning omskakel in driefasige wisselspanning.

Figuur 1.1: Driefase -omskakelaar

'N Driefase -omskakelaar gebruik ses transistor -skakelaars soos hierbo getoon, wat aangedryf word deur PWM -seine met behulp van Gate Driver Circuits.

Die poortseine van die omskakelaar moet 'n fasedifferensie van 120 grade ten opsigte van mekaar hê om 'n driefase gebalanseerde uitset te verkry. Twee tipes beheerseine kan aangewend word om hierdie stroombaan te laat loop

• 180 grade geleiding

• 120 grade geleiding

180 grade geleidingsmodus

In hierdie modus word elke transistor 180 grade aangeskakel. En te eniger tyd bly drie transistors aan, een transistor in elke tak. In een siklus is daar ses werkswyses en elke modus werk vir 60 grade van die siklus. Die poortseine word met 'n fasedifferensie van 60 grade van mekaar verskuif om 'n gebalanseerde toevoer van drie fases te verkry.

Figuur 1.2: 180 grade conductio

120 grade geleidingsmodus

In hierdie modus word elke transistor vir 120 grade aangeskakel. En te alle tye gelei slegs twee transistors. Daar moet op gelet word dat slegs een transistor te eniger tyd in elke tak aan moet wees. Daar moet 'n faseverskil van 60 grade tussen die PWM -seine wees om 'n gebalanseerde driefasige wisselstroomuitset te kry.

Figuur 1.3: 120 grade geleiding

Dooie tyd beheer

'N Baie belangrike voorsorgmaatreël wat getref moet word, is dat beide die transistors in een been nie gelyktydig aan moet wees nie, anders sal die GS -bron kortsluit en die stroombaan beskadig word. Daarom is dit baie noodsaaklik om 'n baie kort tydsinterval by te voeg tussen die omskakeling van een transistor en die aanskakeling van die ander transistor.

Stap 2: Blokdiagram

Stap 3: Komponente

In hierdie afdeling word besonderhede oor ontwerp aangebied en ontleed.

Komponentelys

• Optokoppelaar 4n35

• IR2110 bestuurder IC

• Transistor 2N3904

• Diode (UF4007)

• Zener -diodes

• Relais 5V

• EN Hek 7408

• ATiny85

Optokoppelaar

4n35 optokoppelaar is gebruik vir optiese isolasie van die mikrobeheerder uit die res van die kring. Die gekose weerstand is gebaseer op die formule:

Weerstand = LedVoltage/CurrentRating

Weerstand = 1.35V/13.5mA

Weerstand = 100 ohm

Uitgangsweerstand wat optree as aftrekweerstand is 10k ohm vir 'n behoorlike spanningontwikkeling.

IR 2110

Dit is 'n poort wat IC gebruik wat gewoonlik gebruik word om die MOSFET's te bestuur. Dit is 'n 500 V hoë en lae sybestuurder IC met tipiese 2,5 A bron en 2,5 A wasstrome in 14 loodverpakkings IC.

Bootstrap -kondensator

Die belangrikste komponent van die bestuurder IC is die bootstrap -kapasitor. Die bootstrap -kondensator moet hierdie lading kan voorsien en sy volle spanning behou, anders sal daar 'n beduidende hoeveelheid rimpeling op die Vbs -spanning wees, wat onder die Vbsuv -onderspanningsvergrendeling kan val, en veroorsaak dat die HO -uitset nie meer funksioneer nie. Daarom moet die lading in die Cbs -kapasitor ten minste twee keer die bogenoemde waarde wees. Die minimum kapasitorwaarde kan bereken word uit die vergelyking hieronder.

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

Waar as

Vf = Voorwaartse spanningsval oor die bootstrap -diode

VLS = Spanningsverlies oor die lae sy -VET (of laai vir 'n hoëkantbestuurder)

VMin = Minimum spanning tussen VB en VS

Qg = Poortlading van hoë sy -VOET

F = werksfrekwensie

Icbs (lek) = Bootstrap kapasitor lekstroom

Qls = vlakverskuiwingslading benodig per siklus

Ons het 'n waarde van 47uF gekies.

Transistor 2N3904

Die 2N3904 is 'n algemene NPN bipolêre aansluitingstransistor wat gebruik word vir algemene doeleindes met 'n lae kragversterker of omskakeling. Dit kan 200 mA stroom (absolute maksimum) en frekwensies tot 100 MHz hanteer as dit as 'n versterker gebruik word.

Diode (UF4007)

'N I-tipe halfgeleier met 'n hoë weerstand word gebruik om 'n beduidend laer diodekapasitansie (Ct) te bied. As gevolg hiervan tree PIN -diodes op as 'n veranderlike weerstand met voorwaartse vooroordeel en gedra hulle hulle as 'n kapasitor met omgekeerde vooroordeel. Hoë frekwensie-eienskappe (lae kapasitansie verseker minimale effek van seinlyne) maak dit geskik vir gebruik as veranderlike weerstandselemente in 'n wye verskeidenheid toepassings, insluitend verswakkers, hoëfrekwensie seinwisseling (dws selfone wat 'n antenna benodig) en AGC-kringe.

Zener -diode

'N Zenerdiode is 'n spesifieke tipe diode wat, anders as 'n normale een, toelaat dat die stroom nie net van die anode na die katode vloei nie, maar ook in die omgekeerde rigting wanneer die Zenerspanning bereik word. Dit word gebruik as 'n spanningsreguleerder. Zenerdiodes het 'n sterk gedoteerde pn-aansluiting. Normale diodes breek ook af met 'n omgekeerde spanning, maar die spanning en skerpte van die knie is nie so goed gedefinieer as vir 'n Zener -diode nie. Normale diodes is ook nie ontwerp om in die afbreekgebied te werk nie, maar Zener -diodes kan betroubaar in hierdie gebied werk.

Relais

Relais is skakelaars wat stroombane elektronies of elektronies oop en toe maak. Relais beheer een elektriese stroombaan deur kontakte in 'n ander stroombaan oop en toe te maak. As 'n relaiskontak normaalweg oop is (NO), is daar 'n oop kontak as die relais nie gevoed word nie. As 'n relaiskontak normaal gesluit (NC) is, is daar 'n geslote kontak as die relais nie gevoed word nie. In beide gevalle, sal die toediening van elektriese stroom op die kontakte die toestand verander

EN HEK 7408

A Logic AND Gate is 'n tipe digitale logiese hek waarvan die uitset HOOG na 'n logiese vlak 1 gaan wanneer al sy insette HOOG is

ATiny85

Dit is 'n lae-krag mikroskyfie 8-bis AVR RISC-gebaseerde mikrobeheerder wat 8KB ISP-geheue kombineer, 512B EEPROM, 512-byte SRAM, 6 I/O-lyne vir algemene doeleindes, 32 algemene werkregisters, een 8-bis timer/toonbank met vergelykingsmetodes, een 8-bis hoëspoed-timer/-teller, USI, interne en eksterne onderbrekings, 4-kanaals 10-bis A/D-omskakelaar.

Stap 4: Werk en stroombaan verduidelik

In hierdie afdeling sal die werking van die stroombaan in detail verduidelik word.

PWM generasie

PWM is gegenereer vanaf STM -mikrobeheerder. TIM3, TIM4 en TIM5 is gebruik om drie PWM's van 50 persent dienssiklus te genereer. Die faseverskuiwing van 60 grade is ingesluit tussen drie PWM's met behulp van tydvertraging. Vir 50 Hz PWM -sein is die volgende metode gebruik om die vertraging te bereken

vertraging = Tydsperiode ∗ 60/360

vertraging = 20ms ∗ 60/360

vertraging = 3,3 ms

Isolasie van mikrokontroller met behulp van Optocoupler

Isolasie tussen mikrobeheerder en die res van die stroombaan is gedoen met behulp van optokoppelaar 4n35. Die isolasiespanning van 4n35 is ongeveer 5000 V. Dit word gebruik vir die beskerming van die mikrobeheerder teen die omgekeerde strome. Aangesien 'n mikrobeheerder negatiewe spanning nie kan dra nie, word optokoppelaar dus gebruik vir die beskerming van die mikrobeheerder.

Gate Driving CircuitIR2110 bestuurder IC is gebruik om PWM's oor te skakel na die MOSFET's. PWM's van die mikrobeheerder is verskaf by die invoer van die IC. Aangesien IR2110 nie die ingeboude NOT Gate het nie, word BJT dus gebruik as 'n omskakelaar vir die pen Lin. Dit gee dan die aanvullende PWM's aan die MOSFET's wat bestuur moet word

Foutopsporing

Die SemiTeach -module het 3 foutpenne wat normaalweg HOOG is by 15 V. Elke keer as daar 'n fout in die stroombaan is, gaan een van die penne na vlak LAAG. Ter beskerming van die komponente van die stroombaan, moet die stroombaan tydens fouttoestande afgesny word. Dit is bereik met behulp van AND Gate, ATiny85 Microcontroller en 'n 5 V Relay. Gebruik van AND Gate

Die invoer van die AND Gate is 3 foutpenne wat in 'n normale toestand in 'n HOOG toestand is, sodat die uitset van AND Gate in normale omstandighede HOOG is. Sodra daar 'n fout is, gaan die penne na 0 V, en die uitset van die EN -hek gaan dus laag. Dit kan gebruik word om te kyk of daar 'n fout in die stroombaan is of nie. Die Vcc na die AND -poort word verskaf deur 'n Zener -diode.

Sny die Vcc deur ATiny85

Die uitset van die AND -poort word na die ATiny85 -mikrobeheerder gestuur, wat 'n onderbreking veroorsaak sodra daar 'n fout is. Dit dryf die Relay verder aan, wat die Vcc van alle komponente behalwe ATiny85 afsny.

Stap 5: Simulasie

Vir die simulasie het ons die PWM's van die funksiegenerator in die Proteus eerder as STMf401 model gebruik, aangesien dit nie op Proteus beskikbaar is nie. Ons het Opto-Coupler 4n35 gebruik vir die isolasie tussen mikrobeheerder en die res van die stroombaan. IR2103 word in die simulasies gebruik as 'n stroomversterker wat ons aanvullende PWM's gee.

Skematiese diagram Die skematiese diagram word soos volg gegee:

High Side Output Hierdie uitset is tussen HO en Vs. Die volgende figuur toon die uitset van die drie hoëkant -PWM's.

Lae syuitset Hierdie uitset is tussen LO en COM. Die volgende figuur toon die uitset van die drie hoëkant -PWM's.

Stap 6: Skematiese en PCB -uitleg

Die skematiese en PCB -uitleg wat op Proteus geskep is, is getoon

Stap 7: Hardeware -resultate

Aanvullende PWM's

Die volgende figuur toon die uitset van een van die IR2110 wat aanvullend is

PWM van fase A en B

Die fase A en B van is 60 grade fase verskuif. Dit word in die figuur getoon

PWM van fase A en C

Die fase A en C van is -60 grade fase verskuif. Dit word in die figuur getoon

Stap 8: Kodering

Kode is ontwikkel in Atollic TrueStudio. Om Atollic te installeer, kan u my vorige tutoriale sien of aanlyn aflaai.

Die volledige projek is bygevoeg.

Stap 9: Dankie

Volgens my tradisie wil ek my groeplede bedank wat my gehelp het om hierdie wonderlike projek te voltooi.

Hoop hierdie instruksies help u.

Dit is ek wat afmeld:)

Beste wense

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistan