Kaip sukurti ir įdiegti vienfazį keitiklį: 9 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Šioje instrukcijoje nagrinėjamas „Dialog's GreenPAK ™ CMIC“naudojimas galios elektronikos programose ir bus parodytas vieno fazės keitiklio įgyvendinimas naudojant įvairias valdymo metodikas. Vienfazio keitiklio kokybei nustatyti naudojami skirtingi parametrai. Svarbus parametras yra visiškas harmoninis iškraipymas (THD). THD yra signalo harmoninio iškraipymo matas ir apibrėžiamas kaip visų harmoninių komponentų galių sumos ir pagrindinio dažnio galios santykis.

Žemiau aprašėme veiksmus, kurių reikia norint suprasti, kaip sprendimas buvo užprogramuotas sukurti vienfazį keitiklį. Tačiau, jei norite gauti programavimo rezultatą, atsisiųskite „GreenPAK“programinę įrangą, kad peržiūrėtumėte jau užpildytą „GreenPAK“dizaino failą. Prijunkite „GreenPAK Development Kit“prie kompiuterio ir paspauskite programą, kad sukurtumėte vienfazį keitiklį.

1 žingsnis: Vienfazis keitiklis

Maitinimo keitiklis arba keitiklis yra elektroninis prietaisas arba grandinė, keičianti nuolatinę srovę (DC) į kintamąją. Atsižvelgiant į kintamosios srovės išėjimo fazių skaičių, yra keli keitiklių tipai.

● Vienfaziai keitikliai

● Trifaziai keitikliai

DC yra vienkryptis elektros krūvio srautas. Jei vien tik varžinei grandinei taikoma nuolatinė įtampa, atsiranda nuolatinė srovė. Palyginus, naudojant kintamąją srovę, elektros srovės srautas periodiškai keičia poliškumą. Tipiškiausia kintamosios srovės bangos forma yra sinusinė banga, tačiau ji taip pat gali būti trikampė arba kvadratinė banga. Norint perduoti elektros energiją naudojant skirtingus srovės profilius, reikalingi specialūs įtaisai. Įrenginiai, paverčiantys kintamąją srovę į nuolatinę srovę, yra žinomi kaip lygintuvai, o prietaisai, paverčiantys nuolatinę srovę į kintamąją, vadinami keitikliais.

2 žingsnis: Vienfazio keitiklio topologijos

Yra dvi pagrindinės vienfazių keitiklių topologijos; pusiau tilto ir viso tilto topologijos. Šioje paraiškoje daugiausia dėmesio skiriama viso tilto topologijai, nes ji suteikia dvigubą išėjimo įtampą, palyginti su pusiau tilto topologija.

3 žingsnis: viso tilto topologija

Viso tilto topologijoje reikalingi 4 jungikliai, nes kintamoji išėjimo įtampa gaunama skirtumu tarp dviejų perjungimo elementų šakų. Išėjimo įtampa gaunama protingai įjungiant ir išjungiant tranzistorius tam tikru metu. Yra keturios skirtingos būsenos, priklausomai nuo to, kurie jungikliai yra uždaryti. Žemiau esančioje lentelėje apibendrinamos būsenos ir išėjimo įtampa, pagal kurias jungikliai yra uždaryti.

Norint maksimaliai padidinti išėjimo įtampą, pagrindinis įėjimo įtampos komponentas kiekvienoje šakoje turi būti 180º nuo fazės. Kiekvienos šakos puslaidininkiai yra vienas kitą papildantys, tai yra, kai vienas laido kitą, yra nutrauktas ir atvirkščiai. Ši topologija plačiausiai naudojama keitikliams. 1 paveiksle pateikta schema rodo vieno fazės keitiklio viso tilto topologijos grandinę.

4 žingsnis: Izoliuoti vartai Bipolinis tranzistorius

Izoliuotų vartų bipolinis tranzistorius (IGBT) yra tarsi MOSFET su trečia PN jungtimi. Tai leidžia valdyti įtampa, pvz., MOSFET, tačiau išėjimo charakteristikos, tokios kaip BJT, susijusios su didelėmis apkrovomis ir maža soties įtampa.

Iš statiško elgesio galima pastebėti keturis pagrindinius regionus.

● Lavinų regionas

● prisotinimo regionas

● Pjovimo sritis

● Aktyvus regionas

Lavinos sritis yra ta sritis, kurioje naudojama įtampa, žemesnė už gedimo įtampą, todėl IGBT sunaikinamas. Pjovimo sritis apima vertes nuo gedimo įtampos iki slenkstinės įtampos, kur IGBT neveda. Prisotinimo regione IGBT veikia kaip priklausomas įtampos šaltinis ir nuoseklus pasipriešinimas. Esant mažiems įtampos svyravimams, galima pasiekti didelį srovės stiprinimą. Ši sritis yra labiausiai pageidaujama eksploatuoti. Jei įtampa padidėja, IGBT patenka į aktyvų regioną, o srovė išlieka pastovi. IGBT yra taikoma maksimali įtampa, užtikrinanti, kad ji nepatektų į laviną. Tai yra vienas iš dažniausiai naudojamų puslaidininkių galios elektronikoje, nes jis gali palaikyti platų įtampos diapazoną nuo kelių voltų iki kV ir galią tarp kW ir MW.

Šie izoliuoti vartų bipoliniai tranzistoriai veikia kaip perjungimo įtaisai viso tilto vienfazio keitiklio topologijoje.

5 žingsnis: „GreenPAK“pulso pločio moduliavimo blokas

Pulso pločio moduliavimo (PWM) blokas yra naudingas blokas, kuris gali būti naudojamas įvairiems tikslams. DCMP/PWM bloką galima sukonfigūruoti kaip PWM bloką. PWM bloką galima gauti per FSM0 ir FSM1. PWM IN+ kaištis prijungtas prie FSM0, o IN-kaištis prijungtas prie FSM1. Tiek FSM0, tiek FSM1 PWM blokui teikia 8 bitų duomenis. PWM laikotarpis apibrėžiamas FSM1 laikotarpiu. PWM bloko darbo ciklą valdo FSM0.

?????? ???? ????? = ??+ / 256

Yra dvi darbo ciklo konfigūracijos parinktys:

● 0–99,6%: nuolatinė srovė svyruoja nuo 0% iki 99,6% ir nustatoma kaip IN+/256.

● 0,39–100%: nuolatinė srovė svyruoja nuo 0,39% iki 100% ir nustatoma kaip (IN + + 1)/256.

6 žingsnis: „GreenPAK“dizainas PWM pagrįstoms kvadratinėms bangoms įgyvendinti

Yra skirtingos valdymo metodikos, kuriomis galima įdiegti vienfazį keitiklį. Viena iš tokių valdymo strategijų apima vienfazio keitiklio PWM pagrindu sukurtą kvadratinę bangą.

„GreenPAK CMIC“naudojamas periodiniams perjungimo modeliams generuoti, kad būtų patogu konvertuoti nuolatinę srovę į kintamąją. Nuolatinės srovės įtampa tiekiama iš akumuliatoriaus, o iš keitiklio gauta išvestis gali būti naudojama kintamosios srovės apkrovai tiekti. Šioje programoje atkreipkite dėmesį, kad kintamosios srovės dažnis nustatytas į 50 Hz - įprastą buitinio maitinimo dažnį daugelyje pasaulio vietų. Atitinkamai laikotarpis yra 20 ms.

Perjungimo schema, kurią turi sukurti „GreenPAK“SW1 ir SW4, parodyta 3 paveiksle.

SW2 ir SW3 perjungimo schema parodyta 4 paveiksle

Pirmiau minėtus perjungimo modelius galima patogiai pagaminti naudojant PWM bloką. PWM laikotarpis nustatomas pagal FSM1 laikotarpį. FSM1 laiko tarpas turi būti nustatytas kaip 20 ms, atitinkantis 50 Hz dažnį. PWM bloko darbo ciklą kontroliuoja duomenys, gauti iš FSM0. Norint sukurti 50% darbo ciklą, FSM0 skaitiklio vertė nustatyta kaip 128.

Atitinkamas „GreenPAK“dizainas parodytas 5 paveiksle.

7 žingsnis: Kvadratinių bangų valdymo strategijos trūkumas

Naudojant kvadratinių bangų valdymo strategiją, keitiklis sukuria daug harmonikų. Be pagrindinio dažnio, kvadratinių bangų keitikliai turi nelyginio dažnio komponentus. Dėl šių harmonikų mašinos srautas yra prisotintas, todėl mašina blogai veikia, o kartais net sugadinama aparatinė įranga. Taigi šių tipų keitiklių gaminamas THD yra labai didelis. Siekiant įveikti šią problemą, galima naudoti kitą valdymo strategiją, vadinamą kvazi kvadratine banga, siekiant žymiai sumažinti keitiklio sukeltų harmonikų kiekį.

8 žingsnis: „GreenPAK“dizainas, skirtas PWM pagrįstai kvazi kvadratinei bangai įgyvendinti

Kvazi kvadratinių bangų valdymo strategijoje įvedama nulinė išėjimo įtampa, kuri gali žymiai sumažinti įprastos kvadratinės bangos formos harmoniką. Pagrindiniai kvazi kvadratinių bangų keitiklio naudojimo pranašumai yra šie:

● Pagrindinio komponento amplitudę galima valdyti (valdant α)

● Tam tikras harmoninis turinys gali būti pašalintas (taip pat valdant α)

Pagrindinio komponento amplitudę galima valdyti kontroliuojant α reikšmę, kaip parodyta formulėje 1.

N -ąją harmoniką galima pašalinti, jei jos amplitudė yra lygi nuliui. Pavyzdžiui, trečiosios harmonikos amplitudė (n = 3) yra lygi nuliui, kai α = 30 ° (2 formulė).

„GreenPAK“dizainas kvazikvadratinių bangų valdymo strategijai įgyvendinti parodytas 9 paveiksle.

PWM blokas naudojamas kvadratinei bangos formai su 50 % darbo ciklu generuoti. Nulinė išėjimo įtampa įvedama atidėjus įtampą, atsirandančią išėjime „Pin-15“. P-DLY1 blokas sukonfigūruotas aptikti kylantį bangos formos kraštą. P-DLY1 periodiškai aptiks kylantį kraštą po kiekvieno laikotarpio ir suaktyvins DLY-3 bloką, dėl kurio susidaro 2 ms vėlavimas, kol VDD užfiksuojamas per „D-flip flop“, kad būtų įvestas „Pin-15“išėjimas.

Smeigtukas 15 gali įjungti tiek SW1, tiek SW4. Kai tai atsitiks, visoje apkrovoje pasirodys teigiama įtampa.

P-DLY1 kylančio krašto aptikimo mechanizmas taip pat įjungia DLY-7 bloką, kuris po 8 ms iš naujo nustato D-flip flop ir išvestyje pasirodo 0 V.

DLY-8 ir DLY-9 taip pat paleidžiami iš to paties kylančio krašto. DLY-8 delsia 10 ms ir vėl suaktyvina DLY-3, kuris po 2 ms rodys DFF, sukeldamas logišką aukštį dviejuose AND vartuose.

Šiuo metu Out+ iš PWM bloko tampa 0, nes bloko darbo ciklas buvo sukonfigūruotas kaip 50 %. Išvestis pasirodys per 16 kaištį, todėl SW2 ir SW3 įsijungs, sukeldami kintamą įtampą visoje apkrovoje. Po 18 ms DLY-9 iš naujo nustatys DFF ir 0V pasirodys visame kaištyje-16, o periodinis ciklas ir toliau skleidžia kintamosios srovės signalą.

Skirtingų „GreenPAK“blokų konfigūracija parodyta 10-14 paveiksluose.

9 žingsnis: Rezultatai

12 V nuolatinė įtampa tiekiama iš akumuliatoriaus į keitiklį. Inverteris šią įtampą paverčia kintamosios srovės bangos forma. Keitiklio išėjimas tiekiamas į pakopinį transformatorių, kuris 12 V kintamąją įtampą paverčia 220 V įtampa, kuri gali būti naudojama kintamosios srovės apkrovoms valdyti.

Išvada

Šioje instrukcijoje mes įdiegėme vienfazį keitiklį, naudojant „Square Wave“ir „Quasi Square Wave“valdymo strategijas, naudojant „GreenPAK a CMIC“. „GreenPAK CMIC“yra patogus mikrovaldiklių ir analoginių grandinių, paprastai naudojamų vienfazis keitikliui, pakaitalas. Be to, „GreenPAK CMIC“turi potencialą projektuojant trijų fazių keitiklius.