Gate Driver Circuit para sa Tatlong Phase Inverter: 9 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Ang proyektong ito ay karaniwang isang Driver Circuit Para sa isang Kagamitan na tinatawag na SemiTeach na binili namin kamakailan para sa aming departamento. Ang imahe ng aparato ay ipinapakita.

Ang pagkonekta sa driver circuit na ito sa 6 mosfets ay bumubuo ng tatlong 120 degree shifted Ac voltages. Ang saklaw ay 600 V para sa SemiTeach aparato. Ang aparato ay mayroon ding built na mga terminal ng output ng error na nagbibigay ng mababang estado kapag nakita ang error sa alinman sa tatlong mga phase

Karaniwang ginagamit ang mga inverter sa Power Industry upang i-convert ang DC Voltage ng maraming mga Pinagmumulan ng henerasyon sa AC Voltages para sa kasalukuyang transmisyon at pamamahagi. Ang fur thermore, ginagamit din ang mga ito upang kumuha ng enerhiya mula sa Uninterruptable Power Series (UPS). Kailangan ng mga inverter ng isang Circuit Driver ng Gate upang himukin ang mga switch ng Power Electronics na ginamit sa circuit para sa conversion. Mayroong maraming mga uri ng Mga Signal ng Gate na maaaring ma-imple. Tinalakay ng sumusunod na ulat ang disenyo at pagpapatupad ng isang Gate Driver Circuit para sa isang Three Phase Inverter na gumagamit ng 180 degree Conduction. Nakatuon ang ulat na ito sa disenyo ng Gate Driver Circuit kung saan nakasulat ang kumpletong mga detalye ng disenyo. Bukod dito, encapsulate din ng proyektong ito ang proteksyon ng microcontroller at ang circuit sa mga kondisyon ng error. Ang output ng circuit ay 6 PWMs para sa 3 mga binti ng Three Phase Inverter.

Hakbang 1: Pagsusuri sa Panitikan

Maraming mga application sa Power Industry ang nangangailangan ng pag-convert ng DC Voltage sa AC boltahe tulad ng koneksyon ng Solar Panels sa National Grid o sa mga power AC device. Ang pag-convert ng DC sa AC ay nakakamit gamit ang Inverters. Batay sa uri ng supply, mayroong dalawang uri ng inverters: Single Phase Inverter at Three Phase Inverter. Kinukuha ng isang Single Phase Inverter ang boltahe ng DC bilang input at binago ito sa Single Phase AC Voltage habang ang isang tatlong Phase Inverter converter ay nagko-convert sa DC Voltage sa Three Phase AC Voltage.

Larawan 1.1: Tatlong Phase Inverter

Ang isang inverter ng tatlong yugto ay gumagamit ng 6 na switch ng transistor tulad ng ipinakita sa itaas na hinihimok ng PWM Signals gamit ang Gate Driver Circuits.

Ang Mga Gating Signal ng inverter ay dapat na mayroong phase di ence erence na 120 degree na may paggalang sa bawat isa upang makakuha ng isang three-phase balanseng output. Maaaring mailapat ang dalawang uri ng Control Signals upang patakbuhin ang circuit na ito

• 180 degree conduction

• 120 degree conduction

180 degree Conduction Mode

Sa mode na ito, ang bawat transistor ay nakabukas sa 180 degree. At sa anumang oras, mananatiling nakabukas ang tatlong mga transistor, isang transistor sa bawat sangay. Sa isang pag-ikot, mayroong anim na mode ng pagpapatakbo at ang bawat mode ay nagpapatakbo ng 60 degree na cycle. Ang mga signal ng gating ay inililipat mula sa bawat isa sa pamamagitan ng isang phase di ff erence na 60 degree upang makakuha ng threephase balanseng supply.

Larawan 1.2: 180 degree conductio

120 degree na Mode ng Pagsasaayos

Sa mode na ito, ang bawat transistor ay nakabukas sa loob ng 120 degree. At sa anumang oras, dalawa lamang sa mga transistors ang nagsasagawa. Dapat pansinin na sa anumang oras, sa bawat sangay, isang transistor lamang ang dapat na. Dapat mayroong phase phase na 60 degree sa pagitan ng PWM Signals upang makakuha ng balanseng tatlong yugto ng output ng AC.

Larawan 1.3: 120 degree conduction

Pagkontrol sa Patay na Oras

Ang isang napakahalagang pag-iingat na dapat gawin ay sa isang binti, kapwa ang mga transistors ay hindi dapat nasa parehong oras kung hindi man ang DC Source ay maikli ang circuit at ang circuit ay nasira. Samakatuwid, napakahalaga na magdagdag ng isang napakaikling agwat ng oras sa pagitan ng pag-on ng isang transistor at ang pag-on ng iba pang transistor.

Hakbang 2: I-block ang Diagram

Hakbang 3: Mga Bahagi

Sa seksyon na ito ang mga detalye tungkol sa disenyo ay ipapakita at susuriin.

Listahan ng Bahagi

• Optocoupler 4n35

• IR2110 driver IC

• Transistor 2N3904

• Diode (UF4007)

• Mga Diode ng Zener

• Pag-relay ng 5V

• AT Gate 7408

• ATiny85

Optocoupler

Ang 4n35 optocoupler ay ginamit para sa optical isolation ng microcontroller mula sa natitirang circuit. Ang napiling paglaban ay batay sa pormula:

Paglaban = LedVoltage / CurrentRating

Paglaban = 1.35V / 13.5mA

Paglaban = 100ohms

Ang paglaban sa output na kumikilos bilang pull down na resistensya ay 10k ohm para sa wastong pag-unlad ng boltahe sa kabuuan nito.

IR 2110

Ito ay isang gate sa pagmamaneho ng IC na karaniwang ginagamit para sa pagmamaneho ng MOSFETs. Ito ay isang 500 V Mataas at Mababang Side Driver IC na may tipikal na 2.5 Isang mapagkukunan at 2.5 A na mga alon sa lababo sa 14 Lead Packaging IC.

Bootstrap Capacitor

Ang pinakamahalagang sangkap ng driver IC ay ang bootstrap capacitor. Dapat ibigay ng capacitor ng bootstrap ang pagsingil na ito, at panatilihin ang buong boltahe nito, kung hindi man ay magkakaroon ng isang makabuluhang dami ng ripple sa boltahe ng Vbs, na maaaring mahulog sa ibaba ng lockout ng undervoltage ng Vbsuv, at maging sanhi ng paghinto ng output ng HO. Samakatuwid ang singil sa Cbs capacitor ay dapat na isang minimum na dalawang beses sa itaas na halaga. Ang minimum na halaga ng capacitor ay maaaring kalkulahin mula sa equation sa ibaba.

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

Kung saan bilang

Vf = Forward voltage drop sa kabuuan ng bootstrap diode

VLS = Pag-drop ng boltahe sa mababang bahagi ng FET (o pag-load para sa isang mataas na driver ng gilid)

VMin = Minimum na boltahe sa pagitan ng VB at VS

Qg = Pagsingil sa gate ng mataas na bahagi FET

F = Dalas ng operasyon

Icbs (leak) = Kasalukuyang butas na tumutulo ang Bootstrap capacitor

Qls = antas ng singil na kinakailangan sa pag-ikot bawat ikot

Pinili namin ang halagang 47uF.

Transistor 2N3904

Ang 2N3904 ay isang pangkaraniwang NPN bipolar junction transistor na ginagamit para sa pangkalahatang-layunin na low-power amplifying o lumilipat na mga application. Kakayanin nito ang 200 mA kasalukuyang (ganap na maximum) at mga frequency na kasing taas ng 100 MHz kapag ginamit bilang isang amplifier.

Diode (UF4007)

Ang isang mataas na resistivity na uri ng semiconductor ay ginagamit upang magbigay ng makabuluhang mas mababang kapasidad sa diode (Ct). Bilang isang resulta, ang mga diode ng PIN ay kumikilos bilang isang variable risistor na may pasulong na bias, at kumilos bilang isang kapasitor na may reverse bias. Ang mga katangian ng mataas na dalas (ang mababang capacitance ay nagsisiguro ng kaunting e linya ng mga linya ng signal) gawin silang angkop para magamit bilang mga variable na elemento ng risistor sa iba't ibang mga application, kabilang ang mga attenuator, paglipat ng signal na may mataas na dalas (ibig sabihin, mga mobile phone na nangangailangan ng isang antena), at mga AGC circuit.

Zener Diode

Ang isang Zener diode ay isang partikular na uri ng diode na, hindi katulad ng isang normal, ay nagbibigay-daan sa kasalukuyang hindi lamang mula sa anode nito patungo sa cathode nito, ngunit din sa pabalik na direksyon, kapag naabot ang boltahe ng Zener. Ginagamit ito bilang isang regulator ng boltahe. Ang mga diener ng zener ay may isang lubos na naka-doped na p-n junction. Ang mga normal na diode ay masisira din gamit ang isang boltahe ng kabaligtaran ngunit ang boltahe at talas ng tuhod ay hindi gaanong natukoy tulad ng para sa isang Zener diode. Gayundin ang mga normal na diode ay hindi idinisenyo upang mapatakbo sa rehiyon ng pagkasira, ngunit ang Zener diode ay maaaring mapagkakatiwalaan na gumana sa rehiyon na ito.

Relay

Ang mga relay ay mga switch na magbubukas at magsara ng mga circuit nang electromekanically o electronically. Kinokontrol ng mga relay ang isang de-koryenteng circuit sa pamamagitan ng pagbubukas at pagsasara ng mga contact sa isa pang circuit. Kapag ang isang contact na relay ay karaniwang bukas (HINDI), mayroong isang bukas na contact kapag ang relay ay hindi masigla. Kapag ang isang contact na relay ay Normally Closed (NC), mayroong isang saradong contact kapag ang relay ay hindi masigla. Sa alinmang kaso, ang paglalapat ng kasalukuyang elektrikal sa mga contact ay magbabago ng kanilang estado

AT GATE 7408

Ang isang Logic AND Gate ay isang uri ng digital logic gate na ang output ay napakataas sa isang antas ng lohika 1 kapag ang lahat ng mga input nito ay TAAS

ATiny85

Ito ay isang mababang kapangyarihan na Microchip 8-bit AVR RISC-based microcontroller na pinagsasama ang 8KB ISP fl ash memory, 512B EEPROM, 512-Byte SRAM, 6 na pangkalahatang layunin na I / O na mga linya, 32 pangkalahatang layunin na nagtatrabaho na mga rehistro, isang 8-bit timer / counter na may mga mode na ihambing, isang 8-bit na mataas na bilis ng timer / counter, USI, panloob at panlabas na Mga Pagkagambala, 4-channel 10-bit A / D converter.

Hakbang 4: Ipinaliwanag ang Paggawa at Circuit

Sa seksyong ito ang pagtatrabaho ng circuit ay ipapaliwanag nang detalyado.

Paglikha ng PWM

Ang PWM ay nabuo mula sa STM microcontroller. Ang TIM3, TIM4 at TIM5 ay ginamit upang makabuo ng tatlong PWM na 50 porsyento na cycle ng tungkulin. Ang phase shift na 60 degree ay isinama sa pagitan ng tatlong PWM na gumagamit ng pagkaantala ng oras. Para sa 50 Hz PWM signal, ang sumusunod na pamamaraan ay ginamit upang makalkula ang pagkaantala

antala = TimePeriod ∗ 60/360

antala = 20ms ∗ 60/360

antala = 3.3ms

Paghiwalay ng Microcontroller gamit ang Optocoupler

Ang paghihiwalay sa pagitan ng microcontroller at ang natitirang circuit ay tapos na gamit ang optocoupler 4n35. Ang boltahe ng paghihiwalay ng 4n35 ay tungkol sa 5000 V. Ginagamit ito para sa proteksyon ng microcontroller mula sa mga pabalik na alon. Bilang isang microcontroller ay hindi maaaring makayanan ang negatibong boltahe, samakatuwid, para sa proteksyon ng microcontroller, ginagamit ang optocoupler.

Ang Gate Driving CircuitIR2110 driver IC ay ginamit upang magbigay ng paglipat ng PWMs sa MOSFETs. Ang mga PWM mula sa microcontroller ay ibinigay sa pag-input ng IC. Tulad ng IR2110 ay walang built na HINDI Gate samakatuwid ang BJT ay ginagamit bilang isang inverter sa pin na Lin. Pagkatapos ay binibigyan nito ang mga pantulong na PWM sa mga MOSFET na hinihimok

Pagkakita ng Error

Ang module na SemiTeach ay may 3 mga error error na kadalasang TAAS sa 15 V. Kailanman mayroong anumang error sa circuit, ang isa sa mga pin ay napupunta sa antas na mababa. Para sa proteksyon ng mga bahagi ng circuit, ang circuit ay dapat na hiwa ff sa mga kondisyon ng error. Natapos ito gamit ang AND Gate, ATiny85 Microcontroller at isang 5 V Relay. Paggamit ng AND Gate

Ang pag-input sa AND Gate ay 3 mga error error na nasa TAAS na estado sa normal na kondisyon kaya't ang output ng AND Gate ay TAAS sa normal na mga kondisyon. Sa sandaling mayroong isang error, ang isa sa mga pin ay pumunta sa 0 V at kaya't ang output ng AND Gate ay LOW. Maaari itong magamit upang suriin kung mayroong error o wala sa circuit. Ang Vcc sa AND Gate ay ibinibigay sa pamamagitan ng isang Zener Diode.

Pagputol ng Vcc sa pamamagitan ng ATiny85

Ang output ng AND Gate ay pinakain sa ATiny85 Microcontroller na bumubuo ng isang nakakagambala sa lalong madaling mayroong anumang error. Dagdag nito ang Relay kung saan pinuputol ang Vcc ng lahat ng mga bahagi maliban sa ATiny85.

Hakbang 5: Simulation

Para sa simulation, ginamit namin ang PWMs mula sa generator ng pagpapaandar sa Proteus sa halip na modelo ng STMf401 dahil hindi ito magagamit sa Proteus. Ginamit namin ang Opto-Coupler 4n35 para sa paghihiwalay sa pagitan ng micro-controller at ang natitirang circuit. Ginagamit ang IR2103 sa mga simulation bilang isang kasalukuyang amplifier na nagbibigay sa amin ng mga pantulong na PWM.

Diagram ng Skematik. Ang diagram ng eskematiko ay ibinibigay bilang sumusunod:

Mataas na Output ng Gilid Ang output na ito ay nasa pagitan ng HO at Vs. Ipinapakita ng sumusunod na imahe ang output ng tatlong mataas na panig na PWMs.

Mababang Side Output Ang output na ito ay nasa pagitan ng LO at COM. Ipinapakita ng sumusunod na imahe ang output ng tatlong mataas na panig na PWMs.

Hakbang 6: Layout ng Skema at PCB

Ang iskematiko at layout ng PCB na nilikha sa Proteus ay ipinakita

Hakbang 7: Mga Resulta sa Hardware

Mga Komplementaryong PWM

Ang sumusunod na mga imahe ay nagpapakita ng output ng isa sa IR2110 na magkakaloob

PWM ng Phase A at B

Ang yugto A at B ng ay 60 degree phase shifted. Ipinapakita ito sa larawan

PWM ng Phase A at C

Ang phase A at C ng ay -60 degree phase shifted. Ipinapakita ito sa larawan

Hakbang 8: Coding

Ang code ay binuo sa Atollic TrueStudio. Upang mai-install ang Atollic maaari mong tingnan ang aking mga nakaraang tutorial o mag-download sa online.

Ang kumpletong proyekto ay naidagdag.

Hakbang 9: Salamat

Kasunod sa aking tradisyon nais kong pasalamatan ang aking mga kasapi sa pangkat na tumulong sa akin sa pagkumpleto ng kamangha-manghang proyekto.

Sana makatulong ito sa iyo.

Nag-sign off na ako:)

Pinakamahusay na Pagbati

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistan