तीन चरण इन्वर्टर के लिए गेट चालक सर्किट: 9 चरण

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

यह परियोजना मूल रूप से सेमीटीच नामक उपकरण के लिए ड्राइवर सर्किट है जिसे हमने हाल ही में अपने विभाग के लिए खरीदा है। डिवाइस की छवि दिखाई गई है।

इस ड्राइवर सर्किट को 6 मस्जिदों से जोड़ने पर तीन 120 डिग्री शिफ्ट किए गए एसी वोल्टेज उत्पन्न होते हैं। सेमी टीच डिवाइस के लिए रेंज 600 वी है। डिवाइस में बिल्ट एरर आउटपुट टर्मिनल भी होते हैं जो तीन चरणों में से किसी पर त्रुटि का पता चलने पर कम स्थिति देते हैं

विद्युत उद्योग में आमतौर पर कई पीढ़ी के स्रोतों के डीसी वोल्टेज को एसी वोल्टेज में परिवर्तित करने के लिए इनवर्टर का उपयोग किया जाता है ताकि कुशल संचरण और वितरण हो सके। फर थर्मोर, उनका उपयोग अनइंटरप्टेबल पावर सीरीज़ (यूपीएस) से ऊर्जा निकालने के लिए भी किया जाता है। रूपांतरण के लिए सर्किट में उपयोग किए जाने वाले पावर इलेक्ट्रॉनिक्स स्विच को चलाने के लिए इनवर्टर को गेट ड्राइवर सर्किट की आवश्यकता होती है। कई प्रकार के गेट सिग्नल हैं जिन्हें लागू किया जा सकता है। निम्नलिखित रिपोर्ट में 180 डिग्री कंडक्शन का उपयोग करते हुए तीन चरण इन्वर्टर के लिए गेट ड्राइवर सर्किट के डिजाइन और कार्यान्वयन पर चर्चा की गई है। यह रिपोर्ट गेट ड्राइवर सर्किट के डिजाइन पर केंद्रित है जिसमें पूरा डिजाइन विवरण लिखा गया है। इसके अलावा, यह परियोजना त्रुटि स्थितियों के दौरान माइक्रोकंट्रोलर और सर्किट की सुरक्षा को भी समाहित करती है। थ्री फेज इन्वर्टर के 3 पैरों के लिए सर्किट का आउटपुट 6 PWM है।

चरण 1: साहित्य समीक्षा

बिजली उद्योग में कई अनुप्रयोगों के लिए डीसी वोल्टेज को एसी वोल्टेज में बदलने की आवश्यकता होती है जैसे कि सौर पैनलों को राष्ट्रीय ग्रिड से जोड़ना या एसी उपकरणों को बिजली देना। डीसी से एसी का यह रूपांतरण इनवर्टर का उपयोग करके हासिल किया जाता है। आपूर्ति के प्रकार के आधार पर, दो प्रकार के इनवर्टर हैं: सिंगल फेज इन्वर्टर और थ्री फेज इन्वर्टर। एक सिंगल फेज इन्वर्टर डीसी वोल्टेज को इनपुट के रूप में लेता है और इसे सिंगल फेज एसी वोल्टेज में परिवर्तित करता है जबकि एक थ्री फेज इन्वर्टर कन्वर्टर डीसी वोल्टेज को थ्री फेज एसी वोल्टेज में परिवर्तित करता है।

चित्र 1.1: तीन चरण इन्वर्टर

एक तीन चरण इन्वर्टर में 6 ट्रांजिस्टर स्विच लगे होते हैं जैसा कि ऊपर दिखाया गया है जो गेट ड्राइवर सर्किट का उपयोग करके पीडब्लूएम सिग्नल द्वारा संचालित होते हैं।

तीन-चरण संतुलित आउटपुट प्राप्त करने के लिए इन्वर्टर के गेटिंग सिग्नल में एक दूसरे के संबंध में 120 डिग्री का चरण अंतर होना चाहिए। इस सर्किट को चलाने के लिए दो तरह के कंट्रोल सिग्नल लगाए जा सकते हैं

• १८० डिग्री चालन

• १२० डिग्री चालन

180 डिग्री चालन मोड

इस मोड में, प्रत्येक ट्रांजिस्टर को 180 डिग्री पर स्विच किया जाता है। और किसी भी समय, तीन ट्रांजिस्टर चालू रहते हैं, प्रत्येक शाखा में एक ट्रांजिस्टर। एक चक्र में, संचालन के छह तरीके होते हैं और प्रत्येक मोड चक्र के 60 डिग्री के लिए संचालित होता है। तीन चरण संतुलित आपूर्ति प्राप्त करने के लिए गेटिंग संकेतों को एक दूसरे से 60 डिग्री के चरण अंतर से स्थानांतरित कर दिया जाता है।

चित्र १.२: १८० डिग्री प्रवाहकत्त्व

120 डिग्री चालन मोड

इस मोड में, प्रत्येक ट्रांजिस्टर 120 डिग्री के लिए चालू होता है। और किसी भी समय, केवल दो ट्रांजिस्टर संचालित होते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि किसी भी समय, प्रत्येक शाखा में केवल एक ट्रांजिस्टर चालू होना चाहिए। संतुलित थ्री फेज एसी आउटपुट प्राप्त करने के लिए पीडब्लूएम सिग्नल के बीच 60 डिग्री का फेज डिफरेंस होना चाहिए।

चित्र १.३: १२० डिग्री चालन

मृत समय नियंत्रण

एक बहुत ही महत्वपूर्ण सावधानी यह है कि एक पैर में, दोनों ट्रांजिस्टर एक ही समय में चालू नहीं होने चाहिए अन्यथा डीसी स्रोत शॉर्ट सर्किट हो जाएगा और सर्किट क्षतिग्रस्त हो जाएगा। इसलिए, एक ट्रांजिस्टर के टर्निंग off और दूसरे ट्रांजिस्टर के टर्निंग के बीच बहुत कम समय अंतराल जोड़ना बहुत आवश्यक है।

चरण 2: ब्लॉक आरेख

चरण 3: अवयव

इस खंड में डिजाइन के बारे में विवरण प्रस्तुत किया जाएगा और इसका विश्लेषण किया जाएगा।

घटक सूची

• ऑप्टोकॉप्लर 4n35

• IR2110 चालक आईसी

• ट्रांजिस्टर 2N3904

• डायोड (UF4007)

• जेनर डायोड

• रिले 5वी

•और गेट 7408

• ATiny85

ऑप्टोकॉप्लर

शेष सर्किट से माइक्रोकंट्रोलर के ऑप्टिकल अलगाव के लिए 4n35 ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग किया गया है। चयनित प्रतिरोध सूत्र पर आधारित है:

प्रतिरोध = एलईडी वोल्टेज/वर्तमान रेटिंग

प्रतिरोध = 1.35V/13.5mA

प्रतिरोध = 100ohms

पुल डाउन प्रतिरोध के रूप में कार्य करने वाला आउटपुट प्रतिरोध इसके पार उचित वोल्टेज विकास के लिए 10k ओम है।

आईआर २११०

यह एक गेट ड्राइविंग IC है जिसका उपयोग आमतौर पर MOSFETs को चलाने के लिए किया जाता है। यह एक ५०० वी उच्च और निम्न साइड चालक आईसी है जिसमें विशिष्ट २.५ ए स्रोत और २.५ ए सिंक धाराएं १४ लीड पैकेजिंग आईसी में हैं।

बूटस्ट्रैप संधारित्र

ड्राइवर IC का सबसे महत्वपूर्ण घटक बूटस्ट्रैप कैपेसिटर है। बूटस्ट्रैप कैपेसिटर को इस चार्ज की आपूर्ति करने में सक्षम होना चाहिए, और इसके पूर्ण वोल्टेज को बनाए रखना चाहिए, अन्यथा वीबीएस वोल्टेज पर एक महत्वपूर्ण मात्रा में लहर होगी, जो वीबीएसयूवी अंडरवॉल्टेज लॉकआउट से नीचे गिर सकती है, और एचओ आउटपुट को काम करना बंद कर सकती है। इसलिए Cbs कैपेसिटर में चार्ज उपरोक्त मान से कम से कम दोगुना होना चाहिए। न्यूनतम संधारित्र मान की गणना नीचे दिए गए समीकरण से की जा सकती है।

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

जबकि

Vf= बूटस्ट्रैप डायोड में आगे वोल्टेज ड्रॉप

वीएलएस = लो साइड एफईटी में वोल्टेज ड्रॉप (या हाई साइड ड्राइवर के लिए लोड)

वीमिन = वीबी और वीएस के बीच न्यूनतम वोल्टेज

Qg= उच्च पक्ष FET का गेट चार्ज

एफ = ऑपरेशन की आवृत्ति

Icbs (रिसाव) = बूटस्ट्रैप संधारित्र रिसाव धारा

Qls = लेवल शिफ्ट चार्ज प्रति चक्र आवश्यक

हमने 47uF का मान चुना है।

ट्रांजिस्टर 2N3904

2N3904 एक सामान्य NPN द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर है जिसका उपयोग सामान्य-उद्देश्य वाले कम-शक्ति प्रवर्धन या स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। जब इसे एम्पलीफायर के रूप में उपयोग किया जाता है तो यह 200 mA करंट (पूर्ण अधिकतम) और आवृत्तियों को 100 MHz तक संभाल सकता है।

डायोड (UF4007)

एक उच्च प्रतिरोधकता I-टाइप सेमीकंडक्टर का उपयोग काफी कम डायोड कैपेसिटेंस (Ct) प्रदान करने के लिए किया जाता है। नतीजतन, पिन डायोड आगे के पूर्वाग्रह के साथ एक चर अवरोधक के रूप में कार्य करते हैं, और रिवर्स पूर्वाग्रह के साथ संधारित्र के रूप में व्यवहार करते हैं। उच्च आवृत्ति विशेषताओं (कम कैपेसिटेंस सिग्नल लाइनों के न्यूनतम प्रभाव को सुनिश्चित करता है) उन्हें एटेन्यूएटर, उच्च आवृत्ति सिग्नल स्विचिंग (यानी मोबाइल फोन जिसे एंटीना की आवश्यकता होती है), और एजीसी सर्किट सहित विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में परिवर्तनीय प्रतिरोधी तत्वों के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाती है।

जेनर डायोड

जेनर डायोड एक विशेष प्रकार का डायोड है, जो सामान्य के विपरीत, करंट को न केवल अपने एनोड से अपने कैथोड तक, बल्कि जेनर वोल्टेज तक पहुंचने पर विपरीत दिशा में भी प्रवाहित करने की अनुमति देता है। इसका उपयोग वोल्टेज नियामक के रूप में किया जाता है। जेनर डायोड में अत्यधिक डोप्ड पी-एन जंक्शन होता है। सामान्य डायोड भी एक रिवर्स वोल्टेज के साथ टूट जाते हैं लेकिन घुटने के वोल्टेज और तीखेपन को जेनर डायोड के रूप में अच्छी तरह से परिभाषित नहीं किया जाता है। इसके अलावा सामान्य डायोड को ब्रेकडाउन क्षेत्र में संचालित करने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है, लेकिन जेनर डायोड इस क्षेत्र में मज़बूती से काम कर सकते हैं।

रिले

रिले ऐसे स्विच होते हैं जो विद्युत या इलेक्ट्रॉनिक रूप से सर्किट को खोलते और बंद करते हैं। रिले दूसरे सर्किट में संपर्कों को खोलकर और बंद करके एक विद्युत परिपथ को नियंत्रित करते हैं। जब रिले संपर्क सामान्य रूप से खुला (NO) होता है, तो रिले सक्रिय नहीं होने पर एक खुला संपर्क होता है। जब एक रिले संपर्क सामान्य रूप से बंद (एनसी) होता है, तो रिले सक्रिय नहीं होने पर एक बंद संपर्क होता है। किसी भी स्थिति में, संपर्कों में विद्युत प्रवाह लगाने से उनकी स्थिति बदल जाएगी

और गेट 7408

लॉजिक एंड गेट एक प्रकार का डिजिटल लॉजिक गेट है जिसका आउटपुट लॉजिक लेवल 1 तक हाई हो जाता है जब इसके सभी इनपुट हाई होते हैं

ATiny85

यह एक लो-पावर माइक्रोचिप 8-बिट AVR RISC-आधारित माइक्रोकंट्रोलर है जिसमें 8KB ISP कैश मेमोरी, 512B EEPROM, 512-Byte SRAM, 6 सामान्य प्रयोजन I/O लाइन, 32 सामान्य प्रयोजन वर्किंग रजिस्टर, एक 8-बिट टाइमर/काउंटर शामिल है। तुलना मोड के साथ, एक 8-बिट हाई स्पीड टाइमर/काउंटर, यूएसआई, आंतरिक और बाहरी इंटरप्ट, 4-चैनल 10-बिट ए/डी कनवर्टर।

चरण 4: कार्य और सर्किट की व्याख्या

इस खंड में परिपथ की कार्यप्रणाली के बारे में विस्तार से बताया जाएगा।

पीडब्लूएम पीढ़ी

पीडब्लूएम एसटीएम माइक्रोकंट्रोलर से उत्पन्न किया गया है। TIM3, TIM4 और TIM5 का उपयोग 50 प्रतिशत शुल्क चक्र के तीन PWM उत्पन्न करने के लिए किया गया है। समय की देरी का उपयोग करते हुए तीन पीडब्लूएम के बीच ६० डिग्री के चरण बदलाव को शामिल किया गया था। 50 हर्ट्ज पीडब्लूएम सिग्नल के लिए, देरी की गणना के लिए निम्नलिखित विधि का उपयोग किया गया था:

देरी = समय अवधि∗60/360

देरी = 20ms∗60/360

देरी = 3.3ms

ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग करके माइक्रोकंट्रोलर अलगाव

ऑप्टोकॉप्लर 4n35 का उपयोग करके माइक्रोकंट्रोलर और बाकी सर्किट के बीच अलगाव किया गया है। 4n35 का आइसोलेशन वोल्टेज लगभग 5000 V है। इसका उपयोग माइक्रोकंट्रोलर को रिवर्स करंट से बचाने के लिए किया जाता है। चूंकि एक माइक्रोकंट्रोलर नकारात्मक वोल्टेज सहन नहीं कर सकता है, इसलिए माइक्रोकंट्रोलर की सुरक्षा के लिए ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग किया जाता है।

गेट ड्राइविंग सर्किटIR2110 ड्राइवर IC का उपयोग PWM को MOSFETs में स्विच करने के लिए किया गया है। माइक्रोकंट्रोलर से पीडब्लूएम आईसी के इनपुट पर दिए गए हैं। चूंकि IR2110 में बिल्ट इन नॉट गेट नहीं है इसलिए BJT का उपयोग पिन लिन के इन्वर्टर के रूप में किया जाता है। यह तब MOSFETs को पूरक PWM देता है जिसे संचालित किया जाना है

गलती पहचानना

सेमी टीच मॉड्यूल में 3 त्रुटि पिन होते हैं जो सामान्य रूप से 15 वी पर उच्च होते हैं। जब भी सर्किट में कोई त्रुटि होती है, तो पिनों में से एक निम्न स्तर पर जाता है। सर्किट के घटकों की सुरक्षा के लिए, त्रुटि स्थितियों के दौरान सर्किट को off काटा जाना चाहिए। यह AND गेट, ATiny85 माइक्रोकंट्रोलर और एक 5 V रिले का उपयोग करके पूरा किया गया था। और गेट. का उपयोग

AND गेट में इनपुट 3 एरर पिन हैं जो सामान्य स्थिति में उच्च अवस्था में होते हैं इसलिए AND गेट का आउटपुट सामान्य परिस्थितियों में उच्च होता है। जैसे ही कोई त्रुटि होती है, एक पिन 0 V पर चला जाता है और इसलिए AND गेट का आउटपुट कम हो जाता है। इसका उपयोग यह जांचने के लिए किया जा सकता है कि सर्किट में कोई त्रुटि है या नहीं। AND गेट का Vcc जेनर डायोड के माध्यम से प्रदान किया जाता है।

ATiny85. के माध्यम से Vcc काटना

AND गेट का आउटपुट ATiny85 माइक्रोकंट्रोलर को फीड किया जाता है जो किसी भी त्रुटि के होते ही एक रुकावट उत्पन्न करता है। यह आगे रिले को चलाता है जो ATiny85 को छोड़कर सभी घटकों के Vcc को काट देता है।

चरण 5: सिमुलेशन

सिमुलेशन के लिए, हमने STMf401 मॉडल के बजाय प्रोटियस में फ़ंक्शन जनरेटर से PWM का उपयोग किया है क्योंकि यह प्रोटियस पर उपलब्ध नहीं है। हमने माइक्रो-कंट्रोलर और बाकी सर्किट के बीच अलगाव के लिए ऑप्टो-कपलर 4n35 का उपयोग किया है। IR2103 का उपयोग सिमुलेशन में वर्तमान एम्पलीफायर के रूप में किया जाता है जो हमें पूरक PWM देता है।

योजनाबद्ध आरेख योजनाबद्ध आरेख निम्नानुसार दिया गया है:

हाई साइड आउटपुट यह आउटपुट HO और Vs के बीच होता है। निम्नलिखित चित्र तीन उच्च पक्ष PWM के आउटपुट को दर्शाता है।

लो साइड आउटपुट यह आउटपुट LO और COM के बीच होता है। निम्नलिखित चित्र तीन उच्च पक्ष PWM के आउटपुट को दर्शाता है।

चरण 6: योजनाबद्ध और पीसीबी लेआउट

प्रोटीन पर बनाए गए योजनाबद्ध और पीसीबी लेआउट को दिखाया गया है

चरण 7: हार्डवेयर परिणाम

पूरक पीडब्लूएम

निम्नलिखित चित्र IR2110 में से एक के आउटपुट को दर्शाता है जो पूरक है

चरण ए और बी. का पीडब्लूएम

चरण ए और बी के 60 डिग्री चरण स्थानांतरित कर दिए गए हैं। यह gure. में दिखाया गया है

चरण ए और सी. का पीडब्लूएम

चरण ए और सी के -60 डिग्री चरण स्थानांतरित कर दिए गए हैं। यह gure. में दिखाया गया है

चरण 8: कोडिंग

कोड को एटोलिक ट्रूस्टूडियो में विकसित किया गया था। एटोलिक स्थापित करने के लिए आप मेरे पिछले ट्यूटोरियल देख सकते हैं या ऑनलाइन डाउनलोड कर सकते हैं।

पूरा प्रोजेक्ट जोड़ा गया है।

चरण 9: धन्यवाद

अपनी परंपरा का पालन करते हुए मैं अपने समूह के सदस्यों को धन्यवाद देना चाहता हूं जिन्होंने इस भयानक परियोजना को पूरा करने में मेरी मदद की।

आशा है कि यह निर्देशयोग्य आपकी मदद करता है।

यह मैं हस्ताक्षर कर रहा हूँ:)

सादर

ताहिर उल हकी

ईई, यूईटी एलएचआर पाकिस्तान