Κύκλωμα μετατροπέα Arduino 3 φάσεων με κωδικό

Ένας τριφασικός μετατροπέας Arduino είναι ένα κύκλωμα που παράγει έξοδο εναλλασσόμενου ρεύματος 3 φάσεων μέσω προγραμματισμένου ταλαντωτή με βάση το Arduino.

Σε αυτήν την ανάρτηση μαθαίνουμε πώς να φτιάχνουμε έναν απλό κύκλωμα μετατροπέα 3 φάσεων με βάση τον μικροεπεξεργαστή Arduino, ο οποίος θα μπορούσε να αναβαθμιστεί σύμφωνα με τις προτιμήσεις του χρήστη για τη λειτουργία ενός δεδομένου φορτίου 3 φάσεων.

Έχουμε ήδη μελετήσει ένα αποτελεσματικό αλλά απλό Κύκλωμα μετατροπέα 3 φάσεων σε μια από τις προηγούμενες δημοσιεύσεις μας, η οποία βασίστηκε σε opamps για τη δημιουργία σημάτων τετράγωνου κύματος 3 φάσεων, ενώ τα σήματα ώθησης έλξης 3 φάσεων για την οδήγηση των mosfets υλοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα IC τριφασικού προγράμματος οδήγησης.

Στην παρούσα ιδέα επίσης διαμορφώνουμε το κύριο στάδιο ισχύος χρησιμοποιώντας αυτά τα εξειδικευμένα IC οδηγού, αλλά η γεννήτρια σήματος 3 φάσεων δημιουργείται χρησιμοποιώντας ένα Arduino.

Αυτό συμβαίνει επειδή η δημιουργία ενός τριφασικού προγράμματος οδήγησης που βασίζεται στο Arduino μπορεί να είναι εξαιρετικά περίπλοκη και δεν συνιστάται. Επιπλέον, είναι πολύ πιο εύκολο να αποκτήσετε αποδοτικά ψηφιακά IC για το σκοπό αυτό σε πολύ φθηνότερες τιμές.

Πριν δημιουργήσουμε το πλήρες κύκλωμα μετατροπέα, πρέπει πρώτα να προγραμματίσουμε τον ακόλουθο κωδικό Arduino μέσα σε μια πλακέτα Arduino UNO και στη συνέχεια να προχωρήσουμε με τις υπόλοιπες λεπτομέρειες.

Arduino 3 Phase Generator Signal Code

void setup() {
// initialize digital pin 13,12&8 as an output.
pinMode(13, OUTPUT)
pinMode(12,OUTPUT)
pinMode(8,OUTPUT)
}
void loop() {
int var=0
digitalWrite(13, HIGH)
digitalWrite(8,LOW)
digitalWrite(12,LOW)
delay(6.67)
digitalWrite(12,HIGH)
while(var==0){
delay(3.33)
digitalWrite(13,LOW)
delay(3.33)
digitalWrite(8,HIGH)
delay(3.34)
digitalWrite(12,LOW)
delay(3.33)
digitalWrite(13,HIGH)
delay(3.33)
digitalWrite(8,LOW)
delay(3.34)
digitalWrite(12,HIGH)
}
}

Πρωτότυπη πηγή : http://forum.arduino.cc/index.php?topic=423907.0

Η υποτιθέμενη κυματομορφή χρησιμοποιώντας τον παραπάνω κώδικα θα μπορούσε να απεικονιστεί στο ακόλουθο διάγραμμα:

Μόλις κάψετε και επιβεβαιώσετε τον παραπάνω κωδικό στο Arduino, ήρθε η ώρα να προχωρήσετε και να διαμορφώσετε τα υπόλοιπα στάδια του κυκλώματος.

Για αυτό θα χρειαστείτε τα ακόλουθα μέρη που ελπίζουμε να έχετε ήδη αγοράσει:

Απαιτούνται ανταλλακτικά

IC IR2112 - 3 αριθ. (Ή παρόμοιο τριφασικό πρόγραμμα οδήγησης)
Τρανζίστορ BC547 - 3 αριθ
πυκνωτής 10uF / 25V και 1uF / 25V = 3 nos το καθένα
100uF / 25V = 1δεν
1N4148 = 3nos (συνιστάται 1N4148 πάνω από 1N4007)

Αντίσταση, όλα 1/4 watt 5%
100 ohms = 6nos
1K = 6nos

Κατασκευαστικές λεπτομέρειες

Κατ 'αρχάς, ενώνουμε τα 3 ICs για να σχηματίσουμε το προβλεπόμενο 3-φάση πρόγραμμα οδήγησης mosfet, όπως δίνεται παρακάτω:

Μόλις συναρμολογηθεί η πλακέτα οδηγού, τα τρανζίστορ BC547 συνδέονται με τις εισόδους HIN και LIN του IC και απεικονίζονται στο ακόλουθο σχήμα:

Μόλις κατασκευαστούν τα παραπάνω σχέδια, το επιδιωκόμενο αποτέλεσμα θα μπορούσε να επαληθευτεί γρήγορα ενεργοποιώντας το σύστημα.

Θυμηθείτε, το Arduino χρειάζεται κάποια στιγμή για εκκίνηση, επομένως συνιστάται να ενεργοποιήσετε πρώτα το Arduino και μετά να ενεργοποιήσετε το τροφοδοτικό + 12V στο κύκλωμα οδήγησης μετά από λίγα δευτερόλεπτα.

Πώς να υπολογίσετε τους πυκνωτές Bootstrap

Όπως μπορούμε να δούμε στα παραπάνω σχήματα, ένα κύκλωμα απαιτεί μερικά εξωτερικά εξαρτήματα κοντά στο mosfets με τη μορφή διόδων και πυκνωτών. Αυτά τα τμήματα παίζουν καθοριστικό ρόλο στην εφαρμογή της ακριβούς εναλλαγής των mosfets υψηλών πλευρών και τα στάδια ονομάζονται bootstrapping network.

Αν και ήδη δίνεται στο διάγραμμα , οι τιμές αυτών των πυκνωτών θα μπορούσαν να υπολογιστούν ειδικά χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

Τρόπος υπολογισμού των διόδων Bootstrap

Οι παραπάνω εξισώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της τιμής του πυκνωτή για το δίκτυο bootstrap, για τη σχετική δίοδο πρέπει να λάβουμε υπόψη τα ακόλουθα κριτήρια:

Οι δίοδοι ενεργοποιούνται ή ενεργοποιούνται στη λειτουργία μεροληψίας προς τα εμπρός όταν τα υψηλά πλευρικά mosfets είναι ενεργοποιημένα και το δυναμικό γύρω τους είναι σχεδόν ίσο με την τάση BUS σε όλες τις γραμμές τάσης mosfet πλήρους γέφυρας, επομένως η δίοδος bootstrap πρέπει να έχει βαθμολογία αρκετά ώστε να είναι σε θέση για να μπλοκάρει την πλήρη εφαρμοζόμενη τάση όπως καθορίζεται στα ειδικά διαγράμματα.

Αυτό φαίνεται αρκετά εύκολο να γίνει κατανοητό, ωστόσο για τον υπολογισμό της τρέχουσας βαθμολογίας, ίσως χρειαστεί να κάνουμε κάποια μαθηματικά πολλαπλασιάζοντας το μέγεθος φόρτισης πύλης με τη συχνότητα μεταγωγής.

Για παράδειγμα, εάν το mosfet IRF450 χρησιμοποιείται με συχνότητα μεταγωγής 100kHz, η τρέχουσα βαθμολογία για τη δίοδο θα είναι περίπου 12mA. Δεδομένου ότι αυτή η τιμή φαίνεται αρκετά ελάχιστη και οι περισσότερες δίοδοι θα έχουν πολύ υψηλότερη τρέχουσα βαθμολογία από αυτήν κανονικά, η ειδική προσοχή μπορεί να μην είναι απαραίτητη.

Τούτου λεχθέντος, το χαρακτηριστικό διαρροής υπερθέρμανσης της διόδου μπορεί να είναι κρίσιμο να ληφθεί υπόψη, ειδικά σε καταστάσεις όπου ο πυκνωτής εκκίνησης μπορεί να υποτίθεται ότι αποθηκεύει το φορτίο του για λογικά παρατεταμένο χρονικό διάστημα. Σε μια τέτοια περίπτωση, η δίοδος θα πρέπει να είναι ένας εξαιρετικά γρήγορος τύπος ανάκτησης για να ελαχιστοποιηθεί το μέγεθος της φόρτισης από το να αναγκάζεται να επιστρέψει από τον πυκνωτή εκκίνησης προς τις ράγες τροφοδοσίας του IC.

Μερικές συμβουλές ασφαλείας

Όπως όλοι γνωρίζουμε ότι τα mosfets σε κυκλώματα μετατροπέα 3 φάσεων μπορεί να είναι αρκετά ευάλωτα σε ζημιές λόγω πολλών επικίνδυνων παραμέτρων που εμπλέκονται σε τέτοιες έννοιες, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται επαγωγικά φορτία. Το έχω ήδη συζητήσει περίπλοκα σε ένα από τα δικά μου προηγούμενα άρθρα , και συνιστάται αυστηρά να ανατρέξετε σε αυτό το άρθρο και να εφαρμόσετε τα mosfets σύμφωνα με τις οδηγίες που δίνονται.

Χρησιμοποιώντας IC IRS2330

Τα ακόλουθα διαγράμματα έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν ως ένας τριφασικός μετατροπέας PWM από ένα Arduino.

Το πρώτο διάγραμμα είναι ενσύρματο χρησιμοποιώντας έξι πύλες NOT από το IC 4049. Αυτό το στάδιο χρησιμοποιείται για τη διακλάδωση των παλμών Arduino PWM σε συμπληρωματικά ζεύγη λογικής υψηλής / χαμηλής έτσι ώστε το IC 3 οδηγών μετατροπέα γέφυρας IC IRS2330 μπορεί να γίνει συμβατό με τα τροφοδοτούμενα PWM.

Το δεύτερο διάγραμμα από πάνω σχηματίζει το στάδιο του οδηγού γέφυρας για την προτεινόμενη σχεδίαση μετατροπέα Arduino PWM, 3 φάσεων, χρησιμοποιώντας το IC IRS2330 τσιπ γεφυρών.

Οι είσοδοι του IC που υποδεικνύονται ως HIN και LIN δέχονται τα διαστασιακά Arduino PWMs από τις πύλες NOT και οδηγούν το δίκτυο γέφυρας εξόδου που σχηματίζεται από 6 IGBT, τα οποία με τη σειρά τους οδηγούν το συνδεδεμένο φορτίο στις τρεις εξόδους τους.

Η προεπιλογή 1K χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του ορίου υπέρβασης ρεύματος του μετατροπέα ρυθμίζοντας κατάλληλα τον ακροδέκτη κλεισίματος του I, η αντίσταση ανίχνευσης 1 ohm μπορεί να μειωθεί κατάλληλα εάν έχει καθοριστεί το ρεύμα σχετικά υψηλότερο ρεύμα για τον μετατροπέα.

Τυλίγοντας:

Αυτό ολοκληρώνει τη συζήτησή μας για το πώς να δημιουργήσετε ένα κύκλωμα μετατροπέα 3 φάσεων με βάση το Arduino. Εάν έχετε περαιτέρω αμφιβολίες ή ερωτήσεις σχετικά με αυτό το θέμα, μη διστάσετε να σχολιάσετε και να λάβετε γρήγορα τις απαντήσεις.

Για τα PCB Gerber Files και άλλα σχετικά αρχεία μπορείτε να ανατρέξετε στον ακόλουθο σύνδεσμο:

https://drive.google.com/file/d/1oAVsjNTPz6bOFaPOwu3OZPBIfDx1S3e6/view?usp=sharing

Οι παραπάνω λεπτομέρειες συνεισφέρθηκαν από το « cybrax '